KR20130052904A - 이방성 도전 필름 - Google Patents

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Abstract

본원 발명은 유리 전이 온도(Tg)가 100℃ 이상인 우레탄 수지를 사용함으로써 압착시 버블 발생이 적으면서도 접착력이 우수한 이방성 도전 필름에 관한 것이다.
또한, 본원 발명은 우레탄 수지를 함유하는 필름으로서, 200℃, 5초, 3.0 MPa 조건에서 압착시, 전극 간 스페이스 면적을 기준으로 버블 발생 면적이 평균 10% 이하이고, 접착력이 800 gf/cm 이상인, 이방성 도전 필름에 관한 것이다.

Description

이방성 도전 필름{Anisotropic conductive film}
본원 발명은 유리 전이 온도(Tg)가 100℃ 이상인 우레탄 수지를 사용함으로써 압착시 버블 발생이 적으면서도 접착력이 우수한 이방성 도전 필름에 관한 것이다.
이방성 도전 필름(Anisotropic conductive film, ACF)이란 일반적으로 니켈(Ni)이나 금(Au) 등의 금속 입자, 또는 그와 같은 금속들로 코팅된 고분자 입자 등의 도전 입자를 에폭시 등의 수지에 분산시킨 필름 형상의 접착제를 말하는 것으로, 필름의 막 두께 방향으로는 도전성을 띠고, 면 방향으로는 절연성을 띠는, 전기 이방성 및 접착성을 갖는 고분자 막을 의미한다. 이방성 도전 필름을 접속시키고자 하는 회로 사이에 상기 필름을 위치시킨 후 일정 조건의 가열, 가압 공정을 거치면, 회로 단자들 사이는 도전성 입자에 의해 전기적으로 접속되고, 인접하는 전극 사이에는 절연성 접착 수지가 충진되어 도전성 입자가 서로 독립하여 존재하게 됨으로써 높은 절연성을 부여하게 된다.
최근 패널이 대형화되고 배선 또한 넓어지는 경향이 확대되고 있다. 이에 따라 전극과 전극 사이의 스페이스가 넓어지게 되어, 본딩 시 열과 압력에 의한 압착으로 접속 기판이 팽창되었다가 본딩 후 접속 기판이 다시 수축하면서 접착 조성물의 팽창 및 수축의 정도가 심하게 발생하여 버블이 다량 발생하고 접착 조성물의 충진 효과가 떨어지는 문제가 있다.
이와 같은 문제를 해결하기 위하여 열과 압력에 의한 접속 기판의 팽창 및 수축에 견딜 수 있는 접착 조성물로서, 구체적으로 물성이 보다 단단하여 압착시 버블 발생 면적이 작은 접착 조성물에 대한 연구가 있어왔다.
종래 알려진 바인더 수지로서 높은 유리 전이 온도(Tg)를 갖는 대표적인 수지로는 스타이렌계 수지를 들 수 있다. 스타이렌계 수지를 사용하는 경우 높은 유리 전이 온도를 갖는 단단한 물성의 이방성 도전 필름을 제조할 수 있는 장점이 있다. 그러나 그 반면 접착력이 지나치게 저하되어 공정 불량을 일으키는 단점이 있다.
한편, 이방성 도전 필름의 제조에 있어서 바인더 수지로서 종래 사용되어온 우레탄 수지로는, 유리 전이 온도가 0℃에 가까운 우레탄 수지를 사용하였다. 종래에는 흐름성 또는 경화성 제어가 용이한 필름, 또는 저온에서 단시간 내에 경화되는 물성을 갖는 이방성 도전 필름을 제조하고자 하는 목적에서 우레탄 수지를 사용하였기 때문이다.
우레탄 수지를 사용하는 이방성 도전 필름에 관한 선행 기술로는 대한민국공개특허공보 제10-2010-0060173호, 대한민국공개특허공보 제10-2010-0067559호 등이 있으나, 이들 모두 유리 전이 온도가 0℃에 가깝고 중량평균분자량이 작은 우레탄 수지의 사용을 개시하고 있을 뿐, 높은 유리 전이 온도를 갖는 우레탄 수지를 사용하고 이로써 단단한 물성 및 우수한 접착력을 갖는 이방성 도전 필름에 관한 내용은 개시된 바가 없다.
1) 대한민국공개특허공보 A 제10-2010-0067559호 (2010.06.21.공개) 2) 대한민국공개특허공보 A 제10-2010-0060173호 (2010.06.07.공개)
본 발명자들은 열과 압력에 잘 견뎌낼 수 있는 이방성 도전 필름을 제조하기 위하여 물성이 단단한 바인더 수지를 사용하는 경우, 접착력이 저하되어 공정 불량을 유발하는 문제점, 즉 버블 발생을 억제하기 위한 단단한 물성과 우수한 접착력을 동시에 달성할 수 없었던 종래의 문제점을 인식하고 이를 해결하고자, 물성이 단단하여 압착시 버블 발생이 적으면서도 접착력이 우수한 이방성 도전 필름을 개발하기에 이르렀다.
구체적으로, 본원 발명은 유리 전이 온도가 100℃ 이상인 우레탄 수지를 함유하는 바인더부를 사용함으로써 물성이 단단하면서도 접착력이 우수한 이방성 도전 필름을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본원 발명은 우레탄 수지를 함유하는 이방성 도전 필름으로서, 200℃, 5초, 3.0 MPa 조건에서 압착시, 전극 간 스페이스 면적을 기준으로 버블 발생 면적이 평균 10% 이하이고, 접착력이 800 gf/cm 이상인, 이방성 도전 필름을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본원 발명의 일 양태는,
a) 유리 전이 온도(Tg)가 100℃ 이상인 우레탄 수지를 함유하는 바인더부;
b) 라디칼 중합성 물질;
c) 유기 과산화물; 및
d) 도전 입자
를 함유하는, 이방성 도전 필름을 제공한다.
본원 발명의 또 다른 일 양태에 따르면, 상기 우레탄 수지는 중량평균분자량이 50,000 내지 200,000인, 이방성 도전 필름을 제공한다.
본원 발명의 또 다른 일 양태에 따르면, 상기 우레탄 수지는 폴리우레탄 아크릴레이트 수지인, 이방성 도전 필름을 제공한다.
본원 발명의 또 다른 일 양태에 따르면, 상기 폴리우레탄 아크릴레이트 수지는 방향족 이소시아네이트, 아크릴레이트, 폴리올 및/또는 디올을 포함하여 사용하는 중부가 중합 반응으로 제조된 것인, 이방성 도전 필름을 제공한다.
본원 발명의 또 다른 일 양태에 따르면, 상기 우레탄 수지의 함량은, 상기 필름의 고형분 100 중량부에 대하여 35 내지 80 중량부인, 이방성 도전 필름을 제공한다.
본원 발명의 또 다른 일 양태에 따르면, 상기 필름은 고형분 100 중량부에 대하여,
a) 유리 전이 온도(Tg)가 100℃ 이상인 우레탄 수지를 함유하는 바인더부 50 내지 90 중량부;
b) 라디칼 중합성 물질 5 내지 40 중량부;
c) 유기 과산화물 0.1 내지 10 중량부; 및
d) 도전 입자 0.1 내지 10 중량부
를 함유하는, 이방성 도전 필름을 제공한다.
본원 발명의 또 다른 일 양태에 따르면, 상기 바인더부는 열가소성 수지, 아크릴 공중합체, 또는 열가소성 수지 및 아크릴 공중합체를 추가로 함유하는, 이방성 도전 필름을 제공한다.
본원 발명의 또 다른 일 양태에 따르면,
우레탄 수지를 함유하는 이방성 도전 필름으로서, 200℃, 5초, 3.0 MPa 조건에서 압착시, 전극 간 스페이스 면적을 기준으로 버블 발생 면적이 평균 10% 이하이고, 접착력이 800 gf/cm 이상인, 이방성 도전 필름을 제공한다.
본원 발명의 또 다른 일 양태에 따르면, 상기 물성을 갖는 이방성 도전 필름으로서, 상기 우레탄 수지는 유리 전이 온도가 100℃ 이상인, 이방성 도전 필름을 제공한다.
본원 발명의 또 다른 일 양태에 따르면, 상기 물성을 갖는 이방성 도전 필름으로서, 상기 우레탄 수지는 폴리우레탄 아크릴레이트 수지인, 이방성 도전 필름을 제공한다.
본원 발명의 또 다른 일 양태에 따르면, 상기 물성을 갖는 이방성 도전 필름으로서, 상기 우레탄 수지의 함량은, 상기 필름의 고형분 100 중량부에 대하여 35 내지 80 중량부인, 이방성 도전 필름을 제공한다.
본원 발명의 또 다른 일 양태에 따르면,
배선 기판;
상기 배선 기판의 칩 탑재면에 부착되어 있는 이방성 도전 필름; 및
상기 필름상에 탑재된 반도체 칩을 포함하는 반도체 장치에 있어서,
상기 이방성 도전 필름은 유리 전이 온도가 100℃ 이상인 우레탄 수지를 함유하는 필름인, 반도체 장치를 제공한다.
본원 발명의 이방성 도전 필름은 압착시 버블 발생 면적이 작으면서도 접착력이 우수한 효과를 갖는다.
보다 구체적으로, 본원 발명은 유리 전이 온도가 100℃ 이상인 우레탄 수지를 함유하는 바인더부를 사용함으로써 물성이 단단하여 압착시 버블 발생 면적이 작으면서도 접착력이 우수한 이방성 도전 필름을 제공하는 효과를 갖는다.
이하, 본원 발명에 대하여 보다 상세히 설명한다. 본원 명세서에 기재되지 않은 내용은 본원 발명의 기술 분야 또는 유사 분야에서 숙련된 자이면 충분히 인식하고 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략한다.
본원 발명의 일 양태는,
a) 유리 전이 온도(Tg)가 100℃ 이상인 우레탄 수지를 함유하는 바인더부;
b) 라디칼 중합성 물질;
c) 유기 과산화물; 및
d) 도전 입자
를 함유하는, 이방성 도전 필름을 제공한다.
상기 우레탄 수지는 폴리우레탄 아크릴레이트일 수 있다.
상기 폴리우레탄 아크릴레이트는 이소시아네이트, 아크릴레이트, 폴리올 및/또는 디올을 포함하여 사용한 중부가 중합 반응으로 제조할 수 있다.
상기 이소시아네이트로는 방향족, 지방족, 지환족 디이소시아네이트 및 이들의 조합물 등을 사용할 수 있고, 구체적으로는 테트라메틸렌-1,4-디이소시아네이트, 헥사메틸렌-1,6-디이소시아네이트, 시클로헥실렌-1,4-디이소시아네이트, 메틸렌비스(4-시클로헥실 이소시아네이트), 이소포론 디이소시아네이트, 4-4 메틸렌비스(시클로헥실 디이소시아네이트) 등을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 방향족 이소시아네이트를 사용할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 이들은 단독 또는 2 종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 아크릴레이트로는 히드록시 아크릴레이트 또는 아민 아크릴레이트 등을 사용할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 폴리올로는 분자쇄 내에 2개 이상의 수산기를 가지는 폴리에스테르 폴리올, 폴리에테르 폴리올 및 폴리카보네이트 폴리올 등을 사용할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 적절한 폴리올로는 디카르복실산 화합물과 디올 화합물의 축합반응에 의하여 수득되는 것이 바람직하며, 여기에서 디카르복실산 화합물로는 숙신산, 글루타르산, 이소프탈산, 아디프산, 수베린산, 아젤란산, 세바스산, 도데칸디카르복실산, 헥사히드로프탈산, 이소프탈산, 테레프탈산, 오르토-프탈산, 테트라클로로프탈산, 1,5-나프탈렌디카르복실산, 푸마르산, 말레인산, 이타콘산, 시트라콘산, 메사콘산, 테트라 히드로프탈산 등을 사용할 수 있으며, 디올 화합물로는 에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 1,3-프로판디올, 1,3-부탄디올, 1,4-부탄디올, 1,5-펜탄디올, 1,6-헥산디올, 네오펜틸글리콜, 디에틸렌글리콜, 디프로필렌글리콜, 트리에틸렌글리콜, 테트라에틸렌글리콜, 디부틸렌글리콜, 2-메틸-1,3-펜탄디올, 2,2,4-트리메틸-1,3펜탄디올, 1,4-시클로헥산디메탄올 등을 사용할 수 있다. 또한 적절한 폴리에테르 폴리올로는 폴리에틸렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜, 폴리테트라 에틸렌글리콜 등을 사용할 수 있다.
상기 디올로는 1,3-프로판디올, 1,3-부탄디올, 1,4-부탄디올, 1,5-펜탄디올, 1,6-헥산디올, 네오펜틸글리콜, 디에틸렌글리콜, 디프로필렌글리콜, 트리에틸렌글리콜, 테트라에틸렌글리콜, 디부틸렌글리콜, 2-메틸-1,3-펜탄디올, 2,2,4-트리메틸-1,3펜탄디올, 1,4-시클로헥산디메탄올 등을 사용할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 중부가 중합 반응은 특별히 한정되지 아니하며, 당해 기술 분야에서 알려진 방법을 사용할 수 있다. 상기 중부가 중합 반응의 비제한적인 일 예시는 다음과 같다: 50 부피%로 메틸에틸케톤을 용제로 사용하여 폴리올 함량 60%, 히드록시 (메타)아크릴레이트/이소시아네이트 몰비 = 1.0으로 하여, 온도 90℃, 압력 1 기압, 반응 시간 5 시간, 다이부틸틴다이라우릴레이트를 촉매로 사용하여 중부가 중합 반응을 수행할 수 있다.
상기 우레탄 수지는 중량평균분자량이 바람직하게는 50,000 내지 200,000일 수 있다. 중량평균분자량이 50,000 미만일 경우에는 충분히 단단한 물성을 내지 못할 우려가 있고, 중량평균분자량이 200,000 초과인 우레탄 수지는 합성이 어려울 뿐만 아니라 필름의 접착력을 저하시킬 우려가 있다.
상기 우레탄 수지는 상기 이방성 도전 필름의 고형분 100 중량부에 대하여 35 내지 80 중량부로 함유될 수 있고, 보다 바람직하게는 40 내지 80 중량부로 함유될 수 있다. 우레탄 수지의 함량이 35 중량부 미만일 경우에는 충분한 접착력을 나타내지 못할 우려가 있고, 80 중량부 초과일 경우에는 흐름성이 저해되어 안정한 접속 상태를 유지하지 못할 우려가 있다.
상기 바인더부는 열가소성 수지 및/또는 아크릴 공중합체를 추가로 함유할 수 있다.
상기 열가소성 주지로는 아크릴로니트릴계, 페녹시계, 부타디엔계, 아크릴계, 폴리 우레탄계, 우레탄 아크릴레이트, 폴리아미드계, 올레핀계, 실리콘계 및 NBR(Nitrile butadiene rubber)계 수지로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있으나, 이들에 제한되는 것은 아니다.
상기 열가소성 수지는 중량 평균 분자량이 1,000 내지 1,000,000인 것이 좋다. 상기 범위 내에서, 적절한 필름 강도를 가질 수 있고 상분리가 일어나지 않으며 피착재와의 밀착성이 떨어져 접착력이 저하되지 않기 때문이다.
상기 열가소성 수지는 상기 이방성 도전 필름의 고형분 100 중량부에 대하여 0 내지 40 중량부로 함유될 수 있고, 바람직하게는 5 내지 30 중량부로 함유될 수 있다. 열가소성 수지의 함량이 5 중량부 미만일 경우에는 도전 입자의 분상 공정에서 충분한 분산력을 확보하지 못할 우려가 있고, 40 중량부를 초과할 경우에는 흐름성이 저해되어 안정한 접속 상태를 유지하지 못할 우려가 있다.
상기 아크릴 공중합체로는 에틸, 메틸, 프로필, 부틸, 헥실, 옥실, 도데실, 라우릴 아크릴레이트, 메타 아크릴레이트 등과 이들의 변성으로 이루어진 아크릴레이트, 아크릴산, 메타 아크릴산, 메틸 메타아크릴레이트, 비닐 아세테이트, 이로부터 변성된 아크릴 모노머 등의 아크릴 모노머를 중합하여 만든 아크릴 공중합체를 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 아크릴 공중합체는 상기 이방성 도전 필름의 고형분 100 중량부에 대하여 0 내지 40 중량부로 함유될 수 있고, 바람직하게는 5 내지 30 중량부로 함유될 수 있다. 아크릴 공중합체의 함량이 5 중량부 미만일 경우에는 필름의 물성이 연해져서 압착 공정에서 가압착 후 리워크(rework)성이 좋지 못할 우려가 있고, 40 중량부를 초과할 경우에는 필름의 물성이 강해지나 점착성이 약해져 가압착시 들뜸이 발생할 우려가 있다.
상기 라디칼 중합성 물질로는 특별히 제한되지 아니하며, 당해 기술 분야에서 알려진 임의의 라디칼 중합성 물질을 사용할 수 있다. 예를 들어, 상기 라디칼 중합성 물질로는 아크릴레이트, 메타크릴레이트, 말레이미드 화합물 등을 사용할 수 있으며, 모노머, 올리고머 또는 모노머와 올리고머를 병용하여 사용할 수도 있다.
상기 아크릴레이트 또는 메타아크릴레이트의 구체적인 예로는, 메틸 아크릴레이트, 에틸 아크릴레이트, 이소프로필 아크릴레이트, 이소부틸 아크릴레이트, 에틸렌글리콜 디 아크릴레이트, 디에틸렌글리콜 디 아크릴레이트, 트리메티롤프로판 트리 아크릴레이트, 테트라 메틸올 메탄 테트라 아크릴레이트, 2-히드록시-1,3-디아크릴록시프로판, 2,2-비스〔4-(아크릴록시폴리메톡시) 페닐〕프로판, 2,2-비스〔4-(아크릴록시폴리에톡시) 페닐〕프로판, 디시크로펜테닐아크릴레이트, 트리시크로데카닐아크릴레이트, 트리스(아크릴로일옥시에틸) 이소시아노레이트 등을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 이들은 단독 또는 2 종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 말레이미드 화합물로는, 분자 중에 말레이미드기를 적어도 2 개 이상 함유하는 것을 사용할 수 있다. 예를 들어 1-메틸-2,4-비스말레이미드벤젠, N,N'-m-페닐렌비스말레이미드, N,N'-p-페닐렌비스말레이미드, N,N'-m-토일렌비스말레이미드, N,N'-4,4-비페닐렌비스말레이미드, N,N'-4,4-(3,3'-디메틸비페닐렌) 비스말레이미드, N,N'-4,4-(3,3'-디메틸 디페닐 메탄) 비스말레이미드, N,N'-4,4-(3,3'-디에틸 디페닐 메탄) 비스말레이미드, N,N'-4,4-디페닐메탄비스말레이미드, N,N'-4,4-디페닐프로판비스말레이미드, N,N'-4,4-디페닐에테르비스말레이미드, N,N'-3,3'-디페닐스르혼비스말레이미드, 2,2-비스(4-(4-말레이미드페녹시) 페닐) 프로판, 2,2-비스(3-s-부틸-4-8(4-말레이미드페녹시) 페닐) 프로판, 1,1-비스(4-(4-말레이미드페녹시) 페닐) 데칸, 4,4'-시크로헤키시리덴비스(1-(4-말레이미드페노키시)-2-시클로 헥실 벤젠, 2,2-비스(4-(4-말레이미드페녹시) 페닐) 헥사 플루오르 프로판 등을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 이들은 단독 또는 2 종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 라디칼 중합성 물질은 상기 이방성 도전 필름의 고형분 100 중량부에 대하여 바람직하게는 5 내지 40 중량부로 함유될 수 있다. 라디칼 중합성 물질의 함량이 5 중량부 미만일 경우에는 본압착 후 경화 밀도 저하로 인한 신뢰적 특성 저하 및 전체적으로 흐름성이 저하되어, 접착시의 도전성 입자와 회로 기재의 접촉이 나빠질 우려가 있고, 접속 저항의 상승 또는 이로 인한 접속 신뢰성이 저하될 우려가 있으며, 40 중량부를 초과할 경우에는 이방성 도전 필름의 형성이 어려워질 우려가 있고, 접착 특성이 저하될 우려가 있다.
본원 발명에 사용되는 상기 유기 과산화물은 중합 개시제로서, 가열 또는 광에 의해 유리 라디칼을 발생시키는 경화제로 작용한다.
상기 유기과산화물로는 t-부틸 퍼옥시라우레이트, 1,1,3,3-t-메틸부틸퍼옥시-2-에틸 헥사노네이트, 2,5-디메틸-2,5-디(2-에틸헥사노일 퍼옥시) 헥산, 1-사이클로헥실-1-메틸에틸 퍼옥시-2-에틸 헥사노네이트, 2,5-디메틸-2,5-디(m-톨루오일 퍼옥시) 헥산, t-부틸 퍼옥시 이소프로필 모노카보네이트, t-부틸 퍼옥시-2-에틸헥실 모노카보네이트, t-헥실 퍼옥시 벤조에이트, t-부틸 퍼옥시 아세테이트, 디큐밀 퍼옥사이드, 2,5,-디메틸-2,5-디(t-부틸 퍼옥시) 헥산, t-부틸 큐밀 퍼옥사이드, t-헥실 퍼옥시 네오데카노에이트, t-헥실 퍼옥시-2-에틸 헥사노네이트, t-부틸 퍼옥시-2-2-에틸헥사노네이트, t-부틸 퍼옥시 이소부틸레이트, 1,1-비스(t-부틸 퍼옥시)사이클로헥산, t-헥실 퍼옥시 이소프로필 모노카보네이트, t-부틸 퍼옥시-3,5,5-트리메틸 헥사노네이트, t-부틸 퍼옥시 피발레이트, 큐밀 퍼옥시 네오데카노에이트, 디-이소프로필 벤젠 하이드로퍼옥사이드, 큐멘 하이드로퍼옥사이드, 이소부틸 퍼옥사이드, 2,4-디클로로벤조일 퍼옥사이드, 3,5,5-트리메틸 헥사노일 퍼옥사이드, 옥타노일 퍼옥사이드, 라우로일 퍼옥사이드, 스테아로일 퍼옥사이드, 숙신 퍼옥사이드, 벤조일 퍼옥사이드, 3,5,5-트리메틸 헥사노일 퍼옥사이드, 벤조일 퍼옥시 톨루엔, 1,1,3,3-테트라메틸 부틸 퍼옥시 네오데카노에이트, 1-사이클로헥실-1-메틸 에틸 퍼옥시 노에데카노에이트, 디-n-프로필 퍼옥시 디카보네이트, 디-이소프로필 퍼옥시 카보네이트, 비스(4-t-부틸 사이클로헥실) 퍼옥시 디카보네이트, 디-2-에톡시 메톡시 퍼옥시 디카보네이트, 디(2-에틸 헥실 퍼옥시) 디카보네이트, 디메톡시 부틸 퍼옥시 디카보네이트, 디(3-메틸-3-메톡시 부틸 퍼옥시) 디카보네이트, 1,1-비스(t-헥실 퍼옥시)-3,3,5-트리메틸 사이클로헥산, 1,1-비스(t-헥실 퍼옥시) 사이클로헥산, 1,1-비스(t-부틸 퍼옥시)-3,3,5-트리메틸 사이클로헥산, 1,1-(t-부틸 퍼옥시) 사이클로도데칸, 2,2-비스(t-부틸퍼옥시)데칸, t-부틸 트리메틸 실릴 퍼옥사이드, 비스(t-부틸) 디메틸 실릴 퍼옥사이드, t-부틸 트리알릴 실릴퍼옥사이드, 비스(t-부틸) 디알릴 실릴 퍼옥사이드, 트리스(t-부틸) 아릴 실릴 퍼옥사이드 등을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 유기 과산화물은 상기 이방성 도전 필름의 고형분 100 중량부에 대하여 바람직하게는 0.1 내지 10 중량부로 함유될 수 있다. 유기 과산화물의 함량이 0.1 중량부 미만일 경우에는 경화 반응 속도의 저하로 인해 본압착 특성이 저하될 우려가 있고, 10 중량부를 초과할 경우에는 필름이 경화된 후 깨지려는(brittle) 특성이 증가하여 재작업 시 이방성 도전 필름이 완전히 제거되지 않을 우려가 있다.
상기 도전 입자로는 특별히 제한되지 아니하며, 당해 기술 분야에서 알려진 것을 사용할 수 있다. 예를 들어 Au, Ag, Ni, Cu, 땜납 등을 포함하는 금속 입자; 탄소; 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에스테르, 폴리스타이렌, 폴리비닐알코올 등을 포함하는 수지 및 그 변성 수지를 입자로 하여 Au, Ag, Ni 등을 포함하는 금속으로 도금 코팅한 입자; 그 위에 절연 입자를 추가로 코팅한 절연화 처리된 도전 입자 등을 사용할 수 있다.
상기 도전 입자의 크기는, 적용되는 회로의 피치(pitch)에 의해 2 내지 30 ㎛ 범위에서 용도에 따라 선택하여 사용할 수 있다.
상기 도전 입자는 상기 이방성 도전 필름의 고형분 100 중량부에 대하여 0.1 내지 10 중량부로 함유될 수 있다. 도전성 입자의 함량이 0.1 중량부 미만일 경우에는 접속 과정에서 단자 간 Mis-Align이 발생할 경우 접속 면적 감소로 인한 접속 불량을 일으킬 우려가 있고, 10 중량부를 초과할 경우에는 절연 불량을 일으킬 우려가 있다.
본원 발명의 또 다른 일 양태에 따르면, 우레탄 수지를 함유하는 이방성 도전 필름으로서, 200℃, 5초, 3.0 MPa 조건에서 압착시, 전극 간 스페이스 면적을 기준으로 버블 발생 면적이 평균 10% 이하이고, 접착력이 800 gf/cm 이상인, 이방성 도전 필름을 제공한다.
상기 전극 간 스페이스는 PCB 내의 전극과 전극 사이의 공간으로서, 압착시 이방성 도전 필름 조성물이 충진되는 공간을 의미한다.
상기 전극 간 스페이스의 면적은 특별히 한정되지 아니하며, 용도에 따라 다양할 수 있다. 상기 스페이스 면적의 비제한적인 일 예시는 다음과 같다: 하나의 PCB 안에 3 내지 4 개의 CF가 존재하고, 하나의 CF 안에는 약 100 여개의 전극이 존재한다. 상기 전극과 전극 사이의 스페이스 면적은 가로 약 250 피치 × 세로 약 3 mm 일 수 있다. 상기 100 여개의 전극 사이의 스페이스 면적에 발생한 버블 면적을 평균값으로 계산하여 이방성 도전 필름의 압착 시 버블 면적을 구할 수 있다.
본원 발명의 이방성 도전 필름은 200℃, 5초, 3.0 MPa 조건에서 압착시, 전극 간 스페이스 면적을 기준으로 버블 발생 면적이 평균 10% 이하일 수 있다. 버블 발생 면적 10%를 초과할 경우에는 접착력이 떨어져 공정 불량을 일으킬 뿐만 아니라 접착 신뢰성 물성이 저하될 우려가 있다.
상기 접착력은 150℃, 5초, 3.0 MPa 조건에서 압착한 후, 90℃ 필강도(Peel Strength) 측정기(H5KT, Tinius Olsen 사)로 속도 50 mm/min 하에서 측정할 수 있다.
본원 발명의 이방성 도전 필름은 접착력이 800 gf/cm 이상일 수 있다. 접착력이 800 gf/cm 미만일 경우에는 필름이 적용된 회로 단자 사이의 접착력이 약하여 접속 및 접착이 불량해질 우려가 있다.
본원 발명의 또 다른 일 양태에 따르면,
배선 기판;
상기 배선 기판의 칩 탑재면에 부착되어 있는 이방성 도전 필름; 및
상기 필름상에 탑재된 반도체 칩을 포함하는 반도체 장치에 있어서,
상기 이방성 도전 필름은 유리 전이 온도가 100℃ 이상인 우레탄 수지를 함유하는 필름인, 반도체 장치를 제공한다.
본원 발명에 사용되는 배선기판, 반도체 칩은 특별히 한정되지 아니하며, 당해 기술 분야에서 알려진 것을 사용할 수 있다.
본원 발명의 반도체 장치를 제조하는 방법은 특별히 한정되지 아니하며, 당해 기술 분야에서 알려진 방법으로 수행될 수 있다.
유리 전이 온도(Tg)의 측정 방법은 특별히 한정되지 아니하며, 당해 기술 분야에서 알려진 장치에 의해 알려진 방법으로 수행될 수 있다. 유리 전이 온도 측정 방법의 비제한적인 일 예시는 다음과 같다: 측정하고자 하는 수지의 용매를 증발시키고 고상으로 만든 후, TMA(Thermal Mechanical Analyzer; TA사 제품)를 사용하여 10℃/min의 속도로 -40℃에서부터 200℃까지 온도를 상승시키면서 Tg를 측정할 수 있다.
이방성 도전 필름을 형성하는 방법으로는 특별한 장치나 설비가 필요하지 아니하며, 바인더 수지를 유기 용제에 용해시켜 액상화 한 후 나머지 성분을 첨가하여 일정 시간 교반하고, 이를 이형 필름 위에 10 내지 50 ㎛의 두께로 도포한 다음, 일정 시간 건조하여 유기 용제를 휘발시킴으로써 이방성 도전 필름을 얻을 수 있다.
이하, 실시예, 비교예 및 실험예를 기술함으로써 본원 발명을 보다 상세히 설명한다. 다만, 하기의 실시예, 비교예 및 실험예는 본원 발명의 일 예시에 불과하며, 본원 발명의 내용이 이에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다.
실시예 1
유리 전이 온도가 100℃ 이상인 우레탄 수지를 함유하는 이방성 도전 필름의 제조(1)
(1) 이방성 도전 필름 조성물의 제조
이방성 도전 필름의 고형분 100 중량부에 대하여,
a) 바인더 수지로서, 50 부피%로 메틸에틸케톤을 용제로 사용하여 폴리올 함량 60%, 히드록시 (메타)아크릴레이트/방향족 이소시아네이트 몰비 = 1.0으로 하여, 온도 90℃, 압력 1 기압, 반응 시간 5 시간, 다이부틸틴다이라우릴레이트를 촉매로 사용하여 중부가 중합 반응시켜 합성한, 중량평균분자량이 100,000이고 유리 전이 온도가 110℃인 폴리우레탄 아크릴레이트 40 중량부; 25 부피%로 톨루엔/메틸에틸케톤에 용해된 아크릴로니트릴 부타디엔 공중합체(1072CGX, Zeon Chemical) 20 중량부; 45 부피%로 톨루엔/메틸에틸케톤에 용해된, 중량평균분자량이 100,000인 아크릴 수지(AOF7003, 애경화학) 20 중량부,
b) 라디칼 중합성 물질로서, 아크릴레이트 모노머(4-HBA, OSAKA) 15 중량부,
c) 유기 과산화물로서, 벤조일 퍼옥사이드(한솔) 2 중량부, 및
d) 도전 입자로서, 5 ㎛의 크기인 전도성 Ni 입자 3 중량부
를 사용하여 이방성 도전 필름 조성물을 제조하였다.
(2) 이방성 도전 필름의 제조
상기 조합액을 도전 입자가 분쇄되지 않는 속도 범위 내에서 상온(25℃)에서 60 분간 교반하였다. 상기 조합액을 실리콘 이형 표면 처리된 폴리에틸렌 베이스 필름에 35 ㎛의 두께의 필름으로 형성시켰으며, 필름 형성을 위해서 캐스팅 나이프(Casting knife)를 사용하였다. 필름의 건조 시간은 60℃에서 5분으로 하였다.
실시예 2
유리 전이 온도가 100℃ 이상인 우레탄 수지를 함유하는 이방성 도전 필름의 제조(2)
이방성 도전 필름의 고형분 100 중량부에 대하여,
바인더 수지로서, 50 부피%로 메틸에틸케톤을 용제로 사용하여 폴리올 함량 60%, 히드록시 (메타)아크릴레이트/방향족 이소시아네이트 몰비 = 1.0으로 하여, 온도 90℃, 압력 1 기압, 반응 시간 5 시간, 다이부틸틴다이라우릴레이트를 촉매로 사용하여 중부가 중합 반응시켜 합성한, 중량평균분자량이 100,000인 폴리우레탄 아크릴레이트 50 중량부; 25 부피%로 톨루엔/메틸에틸케톤에 용해된 아크릴로니트릴 부타디엔 공중합체(1072CGX, Zeon Chemical) 15 중량부; 45 부피%로 톨루엔/메틸에틸케톤에 용해된, 중량평균분자량이 100,000인 아크릴 수지(AOF7003, 애경화학) 15 중량부를 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 조성으로 이방성 필름을 제조하였다.
비교예 1
유리 전이 온도가 100℃ 미만인 우레탄 수지를 함유하는 이방성 도전 필름의 제조
이방성 도전 필름의 고형분 100 중량부에 대하여,
바인더 수지로서, 50 부피%로 메틸에틸케톤을 용제로 사용하여 폴리올 함량 60%, 히드록시 (메타)아크릴레이트/지방족 이소시아네이트 몰비 = 1.0으로 하여, 온도 90℃, 압력 1 기압, 반응 시간 5 시간, 다이부틸틴다이라우릴레이트를 촉매로 사용하여 중부가 중합 반응시켜 합성한, 중량평균분자량이 30,000이고, 유리 전이 온도가 10℃인 폴리우레탄 아크릴레이트 40 중량부; 25 부피%로 톨루엔/메틸에틸케톤에 용해된 아크릴로니트릴 부타디엔 공중합체(1072CGX, Zeon Chemical) 20 중량부; 45 부피%로 톨루엔/메틸에틸케톤에 용해된, 중량평균분자량이 100,000인 아크릴 수지(AOF7003, 애경화학) 20 중량부를 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 조성으로 이방성 필름을 제조하였다.
비교예 2
우레탄 수지 대신 스타이렌계 수지를 함유하는 이방성 도전 필름의 제조
이방성 도전 필름의 고형분 100 중량부에 대하여,
바인더 수지로서, 40 부피%로 톨루엔/메틸에틸케톤에 용해된, 중량평균분자량이 120,000인 아크릴로니트릴-α-메틸스타이렌 수지(AP-TJ, 제일모직) 40 중량부; 25 부피%로 톨루엔/메틸에틸케톤에 용해된 아크릴로니트릴 부타디엔 공중합체(1072CGX, Zeon Chemical) 20 중량부; 45 부피%로 톨루엔/메틸에틸케톤에 용해된, 중량평균분자량이 100,000인 아크릴 수지(AOF7003, 애경화학) 20 중량부를 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 조성으로 이방성 필름을 제조하였다.
하기 표 1은 상기 실시예 1, 2 및 비교예 1, 2의 조성을 중량부 단위로 나타낸 것이다.
실시예 1 실시예 2 비교예 1 비교예 2
Tg 100℃ 이상의 우레탄 수지 40 50 - -
Tg 100℃ 미만의 우레탄 수지 - - 40 -
열가소성 수지 20 15 20 20
아크릴 공중합체 20 15 20 20
스타이렌계 수지 - - - 40
라디칼 중합성 물질 15 15 15 15
유기 과산화물 2 2 2 2
도전 입자 3 3 3 3
총 계 100 100 100 100
실험예 1
버블 발생 면적의 측정
상기의 실시예 1, 2 및 비교예 1, 2의 이방성 도전 필름의 본압착시 버블 발생 면적을 측정하기 위하여 상기 각각의 필름을 PCB(피치 200 ㎛, 단자 100 ㎛, 단자간 거리 100 ㎛, 단자 높이 35 ㎛)와 COF 필름(피치 200 ㎛, 단자 폭 100 ㎛, 단자간 거리 100 ㎛, 단자 높이 8 ㎛)를 이용하여 하기와 같은 조건으로 접속하였다.
1) 가압착 조건: 60℃, 1초, 1.0 MPa
2) 본압착 조건: 200℃, 5초, 3.0 MPa
상기의 조건으로 접속시킨 시편을 5개씩 준비하여 전극 간의 스페이스에 발생한 버블 면적을 측정하였다.
버블 발생 면적은 OLYMPUS 사의 모델명 BX51을 사용하여 전극 간 스페이스의 10 곳을 사진 촬영하여, 각각의 전극 간의 스페이스 면적(가로 250 피치, 세로 3 mm)을 기준으로 버블이 발생한 면적을 구하고 이의 평균값을 계산하였다.
실험예 2
접착력 측정
상기의 실시예 1, 2 및 비교예 1, 2의 이방성 도전 필름의 본압착 후 접착력을 측정하기 위하여 상기 각각의 필름을 PCB(피치 200 ㎛, 단자 100 ㎛, 단자간 거리 100 ㎛, 단자 높이 35 ㎛)와 COF 필름(피치 200 ㎛, 단자 폭 100 ㎛, 단자간 거리 100 ㎛, 단자 높이 8 ㎛)를 이용하여 하기와 같은 조건으로 접속하였다.
1) 가압착 조건: 60℃, 1초, 1.0 MPa
2) 본압착 조건: 150℃, 5초, 3.0 MPa
상기의 조건으로 접속시킨 시편을 5개씩 준비하여, 90℃ 필강도(Peel Strength) 측정기(H5KT, Tinius Olsen 사)로 속도 50 mm/min 하에서 각각의 접착력을 측정한 후, 그 평균값을 계산하였다.
하기 표 2는 상기 실험예 1 및 2의 측정 결과를 나타낸 것이다.
실시예 1 실시예 2 비교예 1 비교예 2
스페이스 내 버블 발생 면적(%) 5 4 40 7
접착력( gf / cm ) 920 1020 960 520
유리 전이 온도가 100℃ 이상인 우레탄 수지를 사용한 실시예 1 및 2의 이방성 도전 필름의 경우, 본압착 후 발생하는 버블 면적이 스페이스 면적의 4 또는 5% 정도로 매우 양호하며, 접착력 또한 900 내지 1,000 gf/cm 이상을 나타내어 매우 양호한 것으로 측정되었다. 따라서 유리 전이 온도가 100℃ 이상인 우레탄 수지를 사용하는 경우, 버블 발생 억제성 및 접착력의 우수성 두 가지 물성을 함께 달성할 수 있는 것으로 판단되었다.
반면, 유리 전이 온도가 100℃ 미만인 우레탄 수지를 사용한 비교예 1의 이방성 도전 필름의 경우, 접착력은 양호하였으나 버블 발생 면적이 40%에 달하여 불량으로 확인되었고, 우레탄 수지 대신 스타이렌계 수지를 사용한 비교예 2의 이방성 도전 필름의 경우, 버블 발생 면적은 비교적 작으나 접착력이 520 gf/cm로 지나치게 낮아 불량으로 확인되었다.

Claims (12)

  1. a) 유리 전이 온도(Tg)가 100℃ 이상인 우레탄 수지를 함유하는 바인더부;
    b) 라디칼 중합성 물질;
    c) 유기 과산화물; 및
    d) 도전 입자
    를 함유하는, 이방성 도전 필름.
  2. 제1항에 있어서, 상기 우레탄 수지는 중량평균분자량이 50,000 내지 200,000인, 이방성 도전 필름.
  3. 제1항에 있어서, 상기 우레탄 수지는 폴리우레탄 아크릴레이트 수지인, 이방성 도전 필름.
  4. 제3항에 있어서, 상기 폴리우레탄 아크릴레이트 수지는 방향족 이소시아네이트, 아크릴레이트, 폴리올 또는 디올을 포함하여 사용하는 중부가 중합 반응으로 제조된 것인, 이방성 도전 필름.
  5. 제1항에 있어서, 상기 우레탄 수지의 함량은, 상기 필름의 고형분 100 중량부에 대하여 35 내지 80 중량부인, 이방성 도전 필름.
  6. 제1항에 있어서, 상기 필름은 고형분 100 중량부에 대하여,
    a) 유리 전이 온도(Tg)가 100℃ 이상인 우레탄 수지를 함유하는 바인더부 50 내지 90 중량부;
    b) 라디칼 중합성 물질 5 내지 40 중량부;
    c) 유기 과산화물 0.1 내지 10 중량부; 및
    d) 도전 입자 0.1 내지 10 중량부
    를 함유하는, 이방성 도전 필름.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 바인더부는 열가소성 수지, 아크릴 공중합체, 또는 열가소성 수지 및 아크릴 공중합체를 추가로 함유하는, 이방성 도전 필름.
  8. 우레탄 수지를 함유하는 이방성 도전 필름으로서,
    200℃, 5초, 3.0 MPa 조건에서 압착시, 전극 간 스페이스 면적을 기준으로 버블 발생 면적이 평균 10% 이하이고, 접착력이 800 gf/cm 이상인, 이방성 도전 필름.
  9. 제8항에 있어서, 상기 우레탄 수지는 유리 전이 온도가 100℃ 이상인, 이방성 도전 필름.
  10. 제8항에 있어서, 상기 우레탄 수지는 폴리우레탄 아크릴레이트 수지인, 이방성 도전 필름.
  11. 제8항 내지 제10항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 우레탄 수지의 함량은, 상기 필름의 고형분 100 중량부에 대하여 35 내지 80 중량부인, 이방성 도전 필름.
  12. 배선 기판;
    상기 배선 기판의 칩 탑재면에 부착되어 있는 이방성 도전 필름; 및
    상기 필름상에 탑재된 반도체 칩을 포함하는 반도체 장치에 있어서,
    상기 이방성 도전 필름은 유리 전이 온도가 100℃ 이상인 우레탄 수지를 함유하는 필름인, 반도체 장치.
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