KR20130073192A - 이방성 도전 필름 및 반도체 장치 - Google Patents

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Abstract

본원 발명은 서로 혼용이 어려운 음이온 경화 구조의 화합물과 라디칼 경화 구조의 화합물을 함께 사용하기 위하여, 상기 두 가지 화합물을 각각 플루오렌계로 치환하여 사용함으로써 혼용성을 획득한 이방성 도전 필름에 관한 것이다.
보다 구체적으로 본원 발명은 플루오렌계 페녹시 수지 및 플루오렌계 아크릴레이트를 함께 함유함으로써 혼용성은 물론, 강한 저장 탄성률을 띠어 신뢰성이 높을 뿐만 아니라, 저온에서 빠르게 경화 반응을 일으키는 저온 속경화형 이방성 도전 필름에 관한 것이다.

Description

이방성 도전 필름 및 반도체 장치{Anisotropic conductive film and the semiconductor device}
본원 발명은 서로 혼용이 어려운 음이온 경화 구조의 화합물과 라디칼 경화 구조의 화합물을 함께 사용하기 위하여, 상기 두 가지 화합물을 각각 플루오렌계로 치환하여 사용함으로써 혼용성을 획득한 이방성 도전 필름에 관한 것이다.
보다 구체적으로 본원 발명은 플루오렌계 페녹시 수지 및 플루오렌계 아크릴레이트를 함께 함유함으로써 혼용성은 물론, 강한 저장 탄성률을 띠어 신뢰성이 높을 뿐만 아니라, 저온에서 빠르게 경화 반응을 일으키는 저온 속경화형 이방성 도전 필름에 관한 것이다.
최근 전자부품이나 반도체 소자, 기판의 접속단자를 접속함에 있어서 상기 이방성 도전 필름에 의한 이방성 도전 접속 방식이 널리 사용되고 있다. 이러한 이방성 도전 접속 방식은 평판 디스플레이의 패널을 제조함에 있어 TCP(Tape carrier process) 단자와 유리 기판의 투명 전극 간 접속, 구동 I/C와 FPC(Flexible Printed Circuit board) 단자 간의 접속 또는 구동 I/C와 투명 전극 간의 접속 등에 널리 사용되며, 특히 최근에는 플립칩(flip-chip) 방식의 칩패키징에 있어서 솔더볼 접속 방식을 대체하는 미래형 패키징 방법으로 그 적용이 확대되고 있는 추세이다.
이와 같이 구동 I/C 칩과 투명 전극 간의 접속을 이방성 도전 필름을 이용하여 합착하는 경우, 높은 온도로 본딩하게 되면 구동 I/C를 구성하는 실리콘 웨이퍼와 투명 전극이 형성되어 있는 글래스와의 열팽창 계수의 차이로 인해, 합착 후 열 경화시 심한 뒤틀림 현상이 발생하게 되고 이는 제품의 불량으로 이어지게 되어 문제이다. 따라서 저온에서 단시간에 경화가 이루어지는 저온 속경화형 이방성 도전 필름의 개발이 요구되고 있는 실정이다.
한편, 이방성 도전 필름은 본딩 시 열과 압력에 의한 압착으로 팽창되었다가 본딩 후 다시 수축하면서 버블을 발생시키게 되고 이에 따라 접착 조성물이 충분히 충진되지 못하여 빈공간이 생기는 문제가 빈번히 발생한다. 이러한 버블이 다량 발생하는 경우 접착력이 저하되어 이방성 도전 필름으로 접속시킨 반도체 장치를 장기간 사용할 수 없는 문제가 있어 신뢰성이 저하되는 문제가 있다.
따라서, 상기의 문제점들을 해결하기 위하여 저온 속경화형이면서도 신뢰성이 우수한 이방성 도전 필름의 개발이 요구된다.
본원 발명과 관련된 선행 기술로는 대한민국등록특허 제10-0642445호가 있다.
상기 선행 기술은 수산기가 다른 관능기로 치환된 에폭시 수지를 사용함으로써 서로 혼용되기 어려운 에폭시 수지 및 라디칼 중합성 수지를 혼용하여 함께 사용한 이방 도전성 접착제용 수지 조성물에 관한 것이다. 상기 선행 기술은 상용성이 떨어지는 상기 두 가지 수지를 혼용하는 것을 가능하게 하였다는 점에서 의미가 있으나, 저온 속경화성 및 신뢰성 물성이 취약한 문제가 있다.
대한민국등록특허공보 B1 제10-0642445호(2006.11.02.공고)
본 발명자들은 상기의 문제를 해결하기 위하여, 플루오렌계 페녹시 수지와 플루오렌계 아크릴레이트를 함께 함유함으로써 저온 속경화형이면서도 신뢰성 물성이 우수한 이방성 도전 필름을 개발하기에 이르렀다.
본원 발명은 서로 혼용이 어려운 음이온 경화 구조의 화합물과 라디칼 경화 구조의 화합물을 함께 사용하기 위하여, 상기 두 가지 화합물을 각각 플루오렌계로 치환하여 사용함으로써 혼용성을 획득한 이방성 도전 필름을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본원 발명은 플루오렌계 페녹시 수지 및 플루오렌계 아크릴레이트를 함께 함유함으로써 혼용성은 물론, 강한 저장 탄성률을 띠어 신뢰성이 높을 뿐만 아니라, 저온에서 빠르게 경화 반응을 일으키는 이방성 도전 필름을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본원 발명은 플루오렌계 페녹시 수지 및 플루오렌계 아크릴레이트를 함께 함유하는 이방성 도전 필름에 관한 것이다.
본원 발명의 일 양태는,
a) 플루오렌계 페녹시 수지가 포함된 페녹시 수지; 및
b) 플루오렌계 아크릴레이트가 포함된 라디칼 중합성 수지
를 함유하는, 이방성 도전 필름을 제공한다.
본원 발명의 또 다른 일 양태에 따르면,
상기 이방성 도전 필름의 고형분 100 중량부에 대하여,
a) 플루오렌계 페녹시 수지가 포함된 페녹시 수지 20 내지 60 중량부; 및
b) 플루오렌계 아크릴레이트가 포함된 라디칼 중합성수지 40 내지 80 중량부
를 함유하는, 이방성 도전 필름을 제공한다.
본원 발명의 또 다른 일 양태에 따르면,
상기 이방성 도전 필름의 고형분 100 중량부에 대하여,
a) 플루오렌계 페녹시 수지 5 내지 50 중량부; 및
b) 플루오렌계 아크릴레이트 5 내지 40 중량부
를 함유하는, 이방성 도전 필름을 제공한다.
본원 발명의 또 다른 일 양태에 따르면, 아크릴 변성 에폭시 수지를 추가로 함유하는, 이방성 도전 필름을 제공한다.
본원 발명의 일 양태에 따르면, 우레탄 아크릴레이트를 추가로 함유하는, 이방성 도전 필름을 제공한다.
본원 발명의 또 다른 일 양태에 따르면,
상기 필름에 있어서, 160℃, 3 MPa, 5초의 조건에서 압착한 후의 접착력이 700 gf/cm 이상인, 이방성 도전 필름을 제공한다.
본원 발명의 또 다른 일 양태에 따르면,
상기 필름에 있어서, 인장 강도가 60 내지 200 gf/mm2인, 이방성 도전 필름을 제공한다.
본원 발명의 또 다른 일 양태에 따르면,
페녹시 수지 및 라디칼 중합성 수지를 함유하는 이방성 도전 필름으로서,
a) 160℃, 3 MPa, 5초의 조건에서 압착한 후의 접착력이 700 gf/cm이상이고;
b) 경화율 90% 이상으로 경화 시, 저장 탄성률이 1000 MPa 이상인, 이방성 도전 필름을 제공한다.
본원 발명의 또 다른 일 양태에 따르면, 배선 기판 및 반도체 칩을 포함하며 상기의 이방성 도전 필름으로 접속된 반도체 장치를 제공한다.
본원 발명의 이방성 도전 필름은 플루오렌계 페녹시 수지와 플루오렌계 아크릴레이트를 함께 함유함으로써 저온 속경화형이면서도 신뢰성 물성이 우수한 효과를 갖는다.
보다 구체적으로, 본원 발명은 서로 혼용이 어려운 음이온 경화 구조의 화합물과 라디칼 경화 구조의 화합물을 함께 사용하기 위하여, 상기 두 가지 화합물을 각각 플루오렌계로 치환하여 사용함으로써 혼용성을 획득한 이방성 도전 필름을 제공하는 효과를 갖는다.
또한, 본원 발명은 플루오렌계 페녹시 수지 및 플루오렌계 아크릴레이트를 함께 함유함으로써 혼용성은 물론, 강한 저장 탄성률을 띠어 신뢰성이 높을 뿐만 아니라, 저온에서 빠르게 경화 반응을 일으키는 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) 플루오렌계 페녹시 수지가 포함된 페녹시 수지; 및
b) 플루오렌계 아크릴레이트가 포함된 라디칼 중합성 수지
를 함유하는, 이방성 도전 필름을 제공한다.
a) 페녹시 수지
본원 발명에서 사용되는 페녹시 수지는 플루오렌계 페녹시 수지를 포함하는 것을 특징으로 한다.
플루오렌계 페녹시 수지
본원 발명에서 사용되는 플루오렌계 페녹시 수지는, 플루오렌계로 치환된 페녹시 수지라면 특별한 제한없이 사용 가능하다.
상기 플루오렌계 페녹시 수지와 함께 본원 발명에서 사용되는 페녹시 수지는 특별히 제한되지 아니하며 당해 기술 분야에서 알려진 페녹시 수지를 사용할 수 있다.
본원 발명에서 사용 가능한 페녹시 수지로는 바람직하게는 비스 페놀 A계 페녹시 수지를 사용할 수 있다.
b) 라디칼 중합성 수지
본원 발명에서 사용되는 라디칼 중합성 수지는 플루오렌계 아크릴레이트를 포함하는 것을 특징으로 한다.
플루오렌계 아크릴레이트
본원 발명에서 사용되는 플루오렌계 아크릴레이트는, 플루오렌계로 치환된 아크릴레이트라면 특별한 제한없이 사용 가능하다.
본원 발명에서 사용 가능한 플루오렌계 아크릴레이트의 비제한적인 예로는 플루오렌계 에폭시 (메타)아크릴레이트 또는 플루오렌계 우레탄 (메타)아크릴레이트를 들 수 있다.
상기 플루오렌계 아크릴레이트와 함께 본원 발명에서 사용되는 라디칼 중합성 수지는 특별히 제한되지 아니하며 당해 기술 분야에서 알려진 라디칼 중합성 수지를 사용할 수 있다.
본원 발명에서 사용 가능한 라디칼 중합성 수지의 비제한적인 예로는 아크릴레이트, 메타크릴레이트, 말레이미드 화합물 등을 들 수 있으며, 모노머, 올리고머 또는 모노머와 올리고머를 병용하여 사용할 수도 있다.
아크릴레이트 또는 메타아크릴레이트
본원 발명에서 사용 가능한 아크릴레이트 또는 메타아크릴레이트의 예로는, 메틸 아크릴레이트, 에틸 아크릴레이트, 이소프로필 아크릴레이트, 이소부틸 아크릴레이트, 에틸렌글리콜 디 아크릴레이트, 디에틸렌글리콜 디 아크릴레이트, 트리메티롤프로판 트리 아크릴레이트, 펜타에리쓰리톨 트리아크릴레이트, 테트라 메틸올 메탄 테트라 아크릴레이트, 2-히드록시-1,3-디아크릴록시프로판, 2,2-비스〔4-(아크릴록시폴리메톡시)페닐프로판, 2,2-비스〔4-(아크릴록시폴리에톡시)페닐프로판, 디시크로펜테닐아크릴레이트, 트리시크로데카닐아크릴레이트, 트리스(아크릴로일옥시에틸)이소시아노레이트 등을 들 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 이들은 단독 또는 2 종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
또한, 접착력 및 상온 안정성을 향상시키기 위해 인산 에스테르 구조를 가지는 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트, 이소시아누레이트계 아크릴레이트 또는 비스페놀 A 타입 에폭시 아크릴레이트 수지 등을 사용할 수 있다.
말레이미드
본원 발명에서 사용 가능한 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.
본원 발명에서 사용되는 페녹시 수지는 이방성 도전 필름의 고형분 100 중량부에 대하여, 바람직하게는 20 내지 60 중량부로 함유될 수 있다.
본원 발명에서 사용되는 페녹시 수지 중 플루오렌계 페녹시 수지는 이방성 도전 필름의 고형분 100 중량부에 대하여, 바람직하게는 5 내지 50 중량부로 함유될 수 있다. 상기 범위 내에서 우수한 신뢰성 물성을 얻을 수 있다.
본원 발명에서 사용되는 라디칼 중합성 수지는 이방성 도전 필름의 고형분 100 중량부에 대하여, 바람직하게는 40 내지 80 중량부로 함유될 수 있다.
본원 발명에서 사용되는 라디칼 중합성 수지 중 플루오렌계 아크릴레이트는 이방성 도전 필름의 고형분 100 중량부에 대하여, 바람직하게는 5 내지 40 중량부로 함유될 수 있다. 상기 범위 내에서 충분한 저온 속경화성을 얻을 수 있다.
본원 발명의 이방성 도전 필름은, 상기 a) 및 b) 이외에 경화 개시제 및 도전 입자를 포함할 수 있다.
경화 개시제
본원 발명에서 사용되는 경화 개시제는 특별히 제한되지 아니하며 당해 기술 분야에서 통상적으로 사용하는 경화 개시제를 사용할 수 있다. 본원 발명에서 사용 가능한 경화 개시제의 비제한적인 예로는 퍼옥시드계와 아조계 등을 들 수 있다.
퍼옥시드계 개시제
본원 발명에서 사용 가능한 퍼옥시드계 개시제로는 벤조일 퍼옥시드, 라우릴 퍼옥시드, t-부틸터옥시라우레이트, 1,1,3,3-테트라메틸부틸퍼옥시-2-에틸헥사노에이트, 큐멘 히드로 퍼옥시드 등을 사용할 수 있으나, 이들에 제한되는 것은 아니다.
아조계 개시제
본원 발명에서 사용 가능한 아조계 개시제로는 2,2'-아조비스(4-메톡시-2,4-디메틸 발레로니트릴), 디메틸 2,2'-아조비스(2-메틸 프로피오네이트), 2,2'-아조비스(N-시클로헥실-2-메틸 프로피오네미드) 등을 사용할 수 있으나, 이들에 제한되는 것은 아니다.
도전 입자
본원 발명에서 사용되는 도전 입자는 특별히 제한되지 아니하며 당해 기술 분야에서 통상적으로 사용하는 도전 입자를 사용할 수 있다.
본원 발명에서 사용 가능한 도전 입자의 비제한적인 예로는 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 들 수 있다.
상기 도전 입자의 크기는, 적용되는 회로의 피치(pitch)에 의해 2 내지 30 ㎛ 범위에서 용도에 따라 선택하여 사용할 수 있다.
본원 발명에서 사용되는 도전 입자는 이방성 도전 필름의 고형분 100 중량부에 대하여 바람직하게는 0.1 내지 10 중량부로 함유될 수 있다. 상기 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, 상기 a) 및 b) 이외에, 에폭시 수지 또는 페녹시 수지를 추가로 함유하는 이방성 도전 필름을 제공한다.
본원 발명에서 사용 가능한 에폭시 수지 또는 페녹시 수지로는 노볼락형 에폭시 수지, 에피할로 히드린 변성 에폭시계 수지, 아크릴 변성 에폭시계 수지, 비닐 변성 에폭시계 수지, 에피할로 히드린 변성 페녹시계 수지, 아크릴 변성 페녹시계 수지 또는 비닐 변성 페녹시계 수지 등을 사용할 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
상기 에피할로 히드린 변성 에폭시 수지는 에폭시계 수지 분자 내에 존재하는 수산기와 에피할로 히드린을 반응시켜 얻을 수 있고, 상기 아크릴 변성 에폭시계 수지는 분자 내의 수산기를 아크릴계 단량체와 반응시켜 얻을 수 있으며, 상기 비닐 변성 에폭시계 수지는 분자 내의 수산기를 비닐계 단량체와 반응시켜 얻을 수 있다.
한편, 상기 에폭시계 수지 중에는 에폭시 분자 내에 고무상 수지로 변성된 에폭시 수지를 사용할 수도 있다. 변성에 사용되는 고무상 수지의 예로는 부타디엔계 중합체, 아크릴 중합체, 폴리에테르 우레탄 고무, 폴리에스테르 우레탄 고무, 폴리아마이드 우레탄 고무, 실리콘 고무, 다이머산, 실리콘 수지로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있다.
상기 에폭시 수지 또는 페녹시 수지는 단독으로 또는 2 종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
상기에서 변성이 가능한 에폭시계 수지의 예로는 비스페놀 A형, 비스페놀 F형, 비스페놀 AD형, 비스페놀 S형, 또는 이들의 알킬렌옥시드 부가물, 할로겐화물(예를 들면, 테트라브로모 비스페놀형 에폭시), 수소 반응물(예를 들면, 하이드로제네이티드 비스페놀형 에폭시), 또는 지환식 에폭시 수지 또는 지환족 쇄상 에폭시 수지, 및 이들의 할로겐화물이나 수소 반응물 등을 들 수 있다.
상기 변성된 에폭시 수지의 상용화된 제품으로는 KD-1011, KD-1012, KD-1014(국도화학 주식회사), EP-5100R, EP-5200R, 또는 EP-5400R(ADEKA)등을 들 수 있다
본원 발명에서 사용 가능한 에폭시 수지 또는 페녹시 수지는 이방성 도전 필름의 고형분 100 중량부에 대하여, 바람직하게는 0 내지 40 중량부로 함유될 수 있으며, 보다 바람직하게는 10 내지 40 중량부로 함유될 수 있다. 상기 범위 내에서 플루오렌계 페녹시 수지와 플루오렌계 아크릴레이트의 혼용성을 더욱 향상시킬 수 있으며, 우수한 접착력 및 신뢰성을 얻을 수 있다.
본원 발명의 또 다른 일 양태에 따르면, 우레탄 아크릴레이트를 추가로 함유하는 이방성 도전 필름을 제공한다.
본원 발명에서 사용 가능한 우레탄 아크릴레이트는 이소시아네이트, 아크릴레이트, 폴리올 및/또는 디올을 포함하여 중합 반응으로 제조할 수 있다.
상기 이소시아네이트로는 방향족, 지방족, 지환족 디이소시아네이트 및 이들의 조합물 등을 사용할 수 있고, 구체적으로는 이소포론디이소시아네이트(IPDI),테트라메틸렌-1,4-디이소시아네이트, 헥사메틸렌-1,6-디이소시아네이트, 디페닐메탄 디이소시아네이트, 시클로헥실렌-1,4-디이소시아네이트, 메틸렌비스(4-시클로헥실 이소시아네이트), 크실렌 디이소시아네이트, 수소화 디페닐메탄 디이소시아네이트, 나프탈렌 디이소시아네이트, 2,4-톨루엔 디이소시아네이트 및 2,6-톨루엔 디이소시아네이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 단독 또는 2 종 이상을 혼합하여 을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 방향족 이소시아네이트를 사용할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 아크릴레이트로는 히드록시 아크릴레이트 또는 아민 아크릴레이트 등을 사용할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 폴리올 또는 디올로는 에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 헥산디올, 네오펜틸글리콜, 디에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜, 1,3-프로판디올, 1,3-부탄디올, 1,4-부탄디올, 1,5-펜탄디올, 1,6-헥산디올, 디프로필렌글리콜, 디부틸렌글리콜, 2-메틸-1,3-펜탄디올, 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올, 1,4-시클로헥산디메탄올 등을 사용할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 중합 반응은 특별히 한정되지 아니하며, 당해 기술 분야에서 알려진 방법을 사용할 수 있다. 상기 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, 디부틸틴디라우릴레이트를 촉매로 사용하여 중합 반응을 수행할 수 있다.
본원 발명의 또 다른 일 양태에 따르면, 인장 강도(Tensile Strength)가 60 내지 200 gf/mm2인, 이방성 도전 필름을 제공한다.
본원 발명의 이방성 도전 필름의 인장 강도는 바람직하게는 60 내지 200 gf/mm2일 수 있으며, 보다 바람직하게는 100 내지 200 gf/mm2일 수 있다. 상기의 범위 내에서 필름의 가압착 후 리워크(rework)를 해야하는 경우 필름이 끊어지지 않고 탈리가 가능한 이점이 있다.
인장 강도를 측정하는 방법은 특별히 제한되지 아니하며, 당해 기술 분야에서 통상적으로 사용하는 방법을 사용할 수 있다.
본원 발명에서 사용 가능한 인장 강도 측정 방법의 비제한적인 예는 다음과 같다: 제조된 이방성 도전 필름을 가로 약 1.0 mm × 세로 약 10 mm의 크기로 제단하여 인장 강도 측정 장치인 Hounsfield UTM H5K-T를 이용하여 측정할 수 있다.
본원 발명의 또 다른 일 양태에 따르면,
페녹시 수지 및 라디칼 중합성 수지를 함유하는 이방성 도전 필름으로서,
a) 160℃, 3 MPa, 5초의 조건에서 압착한 후의 접착력이 700 gf/cm이상이고;
b) 경화율 90% 이상으로 경화 시, 저장 탄성률이 1000 MPa 이상인, 이방성 도전 필름을 제공한다.
상기 접착력을 측정하는 방법은 특별히 제한되지 아니하며 당해 기술 분야에서 통상적으로 사용하는 방법을 사용할 수 있다.
상기 접착력 측정 방법의 비제한적인 예로는 이방성 도전 필름을 160℃, 3 MPa, 5초의 조건에서 압착 후, 필강도(Peel Strength) 측정기(H5KT, Tinius Olsen 사)로 필 각도(Peeling angle) 90° 및 필 속도(Peeling speed) 50 mm/min의 조건하에서 측정할 수 있다.
상기 접착력은 700 gf/cm 이상인 것이 바람직하다. 접착력이 700 gf/cm 미만일 경우에는 이를 활용하여 접속한 반도체 장치의 장기간 사용이 어려워 수명이 단축되는 문제가 발생할 수 있다.
상기 저장 탄성률은 상기 이방성 도전 필름에 있어서 경화가 90% 이상 진행되었을 때 측정한 저장 탄성률을 의미한다. 경화가 90 % 이상 진행되었을 때라 함은 통상적으로 완전 경화가 이루어진 때를 의미한다.
상기 저장 탄성률을 측정하는 방법은 특별히 제한되지 아니하며 당해 기술 분야에서 통상적으로 사용하는 방법을 사용할 수 있다.
상기 저장 탄성률의 측정 방법의 비제한적인 예로는 이방성 도전 필름을 서로 라미네이션(lamination)시켜 두께를 100 ㎛로 형성한 후, 150℃의 열풍 오븐에서 2시간 동안 방치한 다음 DMA(Dynamic Mechanical Analyzer; TA사의 Q800)를 이용하여 측정할 수 있다.
상기 저장 탄성률은 1000 MPa 이상인 것이 바람직하다. 저장 탄성률이 1000 MPa 미만일 경우에는 열에 의한 수축 및 팽창을 효과적으로 제어하지 못하여 신뢰성 물성이 저하될 우려가 있다.
본원 발명의 이방성 도전 필름을 형성하는 방법은 특별히 제한되지 아니하며 당해 기술 분야에서 통상적으로 사용하는 방법을 사용할 수 있다.
이방성 도전 필름을 형성하는 방법은 특별한 장치나 설비가 필요하지 아니하며, 바인더 수지를 유기 용제에 용해시켜 액상화 한 후 나머지 성분을 첨가하여 일정 시간 교반하고, 이를 이형 필름 위에 적당한 두께, 예를 들어 10 내지 50 ㎛의 두께로 도포한 다음, 일정 시간 건조하여 유기 용제를 휘발시킴으로써 이방성 도전 필름을 얻을 수 있다.
본원 발명의 또 다른 일 양태에 따르면, 상기의 이방성 도전 필름으로 접속된 반도체 장치를 제공한다.
상기 반도체 장치는, 배선 기판; 상기 배선 기판의 칩 탑재면에 부착되어 있는 이방성 도전 필름; 및 상기 필름상에 탑재된 반도체 칩을 포함할 수 있다.
본원 발명에 사용되는 상기 배선 기판, 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.
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
플루오렌계 페녹시 수지 및 플루오렌계 아크릴레이트를 함유하는 이방성 도전 필름의 제조
이방성 도전 필름의 고형분 100 중량부에 대하여,
1) 플루오렌계 페녹시 수지(FX293, 신일본화학) 47 중량부;
2) 플루오렌계 아크릴레이트(BPF-022, 한농화성) 35 중량부;
3) 도전 입자(NIEYB00375, Sekisui) 5 중량부;
4) 밀착조제(KBM403, Shinetsu) 3 중량부; 및
5) 캡슐형 이미다졸 경화제(HXA-3941, Hsahi Kasei) 10 중량부
를 사용하여 이방성 도전 필름용 조성물을 제조하였다.
상기 조합액을 도전 입자가 분쇄되지 않는 속도 범위 내에서 상온(25℃)에서 교반하였다. 상기 교반된 액상을 실리콘 이형 표면 처리된 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 베이스 필름에 얇게 도포하고 70℃에서 5분 동안 열풍 건조하여 30 ㎛ 두께의 필름을 제조하였다. 상기 필름 형성을 위해서 캐스팅 나이프(Casting knife)를 사용하였다.
실시예 2
플루오렌계 페녹시 수지, 플루오렌계 아크릴레이트 및 에폭시 수지를 함유하는 이방성 도전 필름의 제조
실시예 1에 있어서, 플루오렌계 페녹시 수지를 32 중량부로 사용하고, 플루오렌계 아크릴레이트를 25 중량부로 사용하고, 에폭시 수지(SG-80H, Nagase)를 25 중량부로 사용하는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 이방성 도전 필름으로 제조하였다.
실시예 3
플루오렌계 페녹시 수지, 플루오렌계 아크릴레이트 , 에폭시 수지 및 우레탄 아크릴레이트를 함유하는 이방성 도전 필름의 제조
이방성 도전 필름의 고형분 100 중량부에 대하여,
1) 플루오렌계 페녹시 수지 20 중량부;
2) 플루오렌계 아크릴레이트 10 중량부;
3) 에폭시 수지(SG-80H, Nagase) 20 중량부;
4) 우레탄 아크릴레이트 10 중량부;
5) 라디칼 중합성 수지(80MFA, 쿄우에이샤) 12 중량부;
6) 도전 입자(NIEYB00375, Sekisui) 5 중량부;
7) 밀착조제(KBM403, Shinetsu) 3 중량부; 및
8) 퍼옥시드계 개시제(BPO/LPO, 동성하이켐) 10 중량부
를 사용하여 이방성 도전 필름용 조성물을 제조하였다.
상기 조합액을 사용한 이방성 도전 필름의 형성은 실시예 1과 동일한 방법으로 수행하였다.
[ 비교예 1 내지 4]
플루오렌계 페녹시 수지 및 플루오렌계 아크릴레이트를 함유하지 않는 이방성 도전 필름의 제조
비교예 1
실시예 1에 있어서, 플루오렌계 페녹시 수지 및 플루오렌계 아크릴레이트를 사용하지 아니하고, BPA계 페녹시 수지(PKHH, 유니온 카바이드)를 37 중량부로 사용하고, 에폭시 수지(SG-80H, Nagase)를 45 중량부로 사용하는 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 이방성 도전 필름을 제조하였다.
비교예 2
실시예 3에 있어서, 플루오렌계 페녹시 수지 및 플루오렌계 아크릴레이트를 사용하지 아니하고, 우레탄 아크릴레이트를 45 중량부로 사용하고, 라디칼 중합성 수지를 37 중량부로 사용하는 것을 제외하고는, 상기 실시예 3과 동일한 방법으로 이방성 도전 필름을 제조하였다.
비교예 3
비교예 1에 있어서, BPA계 페녹시 수지를 32 중량부로 사용하고, 에폭시 수지를 25 중량부로 사용하고, 라디칼 중합성 수지(80MFA, 쿄우에이샤)를 25 중량부로 사용하는 것을 제외하고는, 상기 비교예 1과 동일한 방법으로 이방성 도전 필름을 제조하였다.
비교예 4
비교예 2에 있어서, 우레탄 아크릴레이트를 25 중량부로 사용하고, 라디칼 중합성 수지를 25 중량부로 사용하고, BPA계 페녹시 수지(PKHH, 유니온 카바이드)를 32 중량부로 사용하는 것을 제외하고는, 상기 비교예 2와 동일한 방법으로 이방성 도전 필름을 제조하였다.
비교예 5
플루오렌계 페녹시 수지는 함유하되 플루오렌계 아크릴레이트는 함유하지 않는 이방성 도전 필름의 제조
비교예 4에 있어서, BPA계 페녹시 수지 대신 플루오렌계 페녹시 수지를 사용하는 것을 제외하고는, 상기 비교예 4와 동일한 방법으로 이방성 도전 필름을 제조하였다.
하기 표 1 및 2는 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 5에 따른 이방성 도전 필름의 조성을 중량부로 나타낸 것이다.
성분 실시예 1 실시예 2 실시예 3
BPA계 페녹시 수지 - - -
플루오렌계 페녹시 수지 47 32 20
라디칼 중합성 수지 - - 12
우레탄 아크릴레이트 - - 10
플루오렌계 아크릴레이트 35 25 10
에폭시 수지 - 25 20
도전 입자 5 5 5
밀착조제 3 3 3
퍼옥시드계 개시제 - - 10
캡슐형 이미다졸 경화제 10 10 -
총 100 100 100
성분 비교예 1 비교예 2 비교예 3 비교예 4 비교예 5
BPA계 페녹시 수지 37 - 32 32 -
플루오렌계 페녹시 수지 - - - - 32
라디칼 중합성 수지 - 37 25 25 25
우레탄 아크릴레이트 - 45 - 25 25
플루오렌계 아크릴레이트 - - - - -=
에폭시 수지 45 - 25 - -
도전 입자 5 5 5 5 5
밀착조제 3 3 3 3 3
퍼옥시드계 개시제 - 10 - 10 10
캡슐형 이미다졸 경화제 10 - 10 - -
총 100 100 100 100 100
실험예 1
페녹시 수지와 아크릴레이트의 혼용성 평가
실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 5에 따른 이방성 도전 필름용 조성물의 혼용성을 평가하기 위하여, 상기 각각의 이방성 도전 필름용 조성물을 페이스트(paste) 믹서로 교반한 후 이를 25℃에서 1시간 동안 방치한 다음 이형층이 형성된 폴레에틸렌테레프탈레이트(PET) 필름위에 도포하여 균일성을 육안으로 관찰하였다.
균일성이 우수하면 '매우 양호', 보통이면 '양호', 균일하지 않으면 '불량'으로 평가하였다.
실험예 2
인장 강도( Tensile Strength ) 측정
실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 5에 따른 이방성 도전 필름의 인장 강도를 측정하기 위하여 상기 각각 제조된 이방성 도전 필름을 가로 1.0 mm ×세로 10 mm로 제단하여 인장 강도 측정 장치인 Hounsfield UTM H5K-T로 인장 강도를 측정하였다.
실험예 3
경화 후 저장 탄성률 측정
실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 5에 따른 이방성 도전 필름의 경화 후 저장 탄성률을 측정하기 위하여 상기 각각 제조된 이방성 도전 필름을 각각 라미네이션시켜 두께를 100 ㎛로 형성한 뒤, 150℃의 열풍 오븐에서 2시간 동안 방치한 다음, DMA(Dynamic Mechanical Analyzer; TA사의 Q800)를 이용하여 40℃에서의 저장 탄성률을 측정하였다.
실험예 4
초기 및 신뢰성 접착력 측정
상기의 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 5의 이방성 도전 필름의 접착력을 측정하기 위하여 상기 각각의 필름을 라인 폭 100 ㎛, 피치(Pitch) 100 ㎛, 두께 18 ㎛ 동회로를 200개 이상 갖는 FPC(Flexible Printed Circuit)에 160℃, 3MPa, 5초의 조건에서 압착하여 접속시켰다.
상기의 조건으로 접속시킨 시편을 준비하여, 필강도(Peel Strength) 측정기(H5KT, Tinius Olsen 사)로 필 각도 90° 및 필 속도 50 mm/min의 조건하에서 초기 접착력을 측정하였다.
또한, 상기의 시편들을, 온도 85℃, 상대 습도 85%에서 100 시간 동안 방치하여 고온ㆍ고습 신뢰성 평가를 진행한 후, 이들 각각의 신뢰성 접착력을 상기와 동일한 방법으로 측정하였다.
실험예 5
초기 및 신뢰성 접속 저항 측정
상기의 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 5의 이방성 도전 필름의 접속 저항을 측정하기 위하여 상기 각각의 필름을 라인 폭 100 ㎛, 피치(Pitch) 100 ㎛, 두께 18 ㎛ 동회로를 200개 이상 갖는 FPC(Flexible Printed Circuit)에 160℃, 3MPa, 5초의 조건에서 압착하여 접속시켰다.
상기의 조건으로 접속시킨 시편을 준비하여, 이들 각각을 4 단자 측정 방법으로 초기 접속 저항을 측정(ASTM F43-64T 방법에 준함)하였다.
또한, 상기의 시편들을, 온도 85℃, 상대 습도 85%에서 500 시간 동안 방치하여 고온ㆍ고습 신뢰성 평가를 진행한 후, 이들 각각의 신뢰성 접속 저항을 측정(ASTM D117에 준함)하였다.
하기 표 3 및 4는 상기 실험예 1 내지 5의 측정 결과를 나타낸 것이다.
물성 실시예 1 실시예 2 실시예 3
혼용성 매우 양호 매우 양호 매우 양호
인장 강도(gf/mm2) 150 140 150
저장 탄성률(MPa) 1200 1400 2000
접착력(gf/cm) 720 760 820
접속 저항(Ω) 0.8 0.9 0.8
신뢰성 접착력(gf/cm) 610 540 630
신뢰성 접속 저항(Ω) 1.1 1.2 0.9
물성 비교예 1 비교예 2 비교예 3 비교예 4 비교예 5
혼용성 양호 양호 불량 불량 양호
인장 강도(gf/mm2) 120 90 40 46 120
저장 탄성률(MPa) 1500 1200 800 600 800
접착력(gf/cm) 520 580 평가 불가 평가 불가 640
접속 저항(Ω) 1.2 1.5 평가 불가 평가 불가 1.2
신뢰성 접착력(gf/cm) 340 330 평가 불가 평가 불가 420
신뢰성 접속 저항(Ω) 4.4 5.8 평가 불가 평가 불가 2.0
상기 측정 결과를 살펴보면, 플루오렌계 페녹시 수지와 플루오렌계 아크릴레이트를 함께 사용하여 제조된 이방성 도전 필름의 경우, 혼용성이 매우 뛰어나며 인장 강도와 저장 탄성률 또한 우수한 것으로 확인되었다. 또한, 실시예 1 내지 3의 필름은 저온 속경화 조건에서 접속이 효과적으로 이루어져 초기 접착력 및 접속 저항에서는 물론, 신뢰성 접착력 및 접속 저항에서도 모두 우수한 물성을 나타내는 것으로 확인되었다.
비교예 1, 2 및 5의 경우 혼용성은 양호하였으나 저온 속경화 조건에서 접속이 효과적으로 이루어지지 못하여 접착력이 떨어지고 특히 신회성 접착력 및 접속 저항 물성이 좋지않아 이를 활용하여 접속시킨 반도체 필름의 경우 신뢰성을 유지하며 장기간 사용하는 것이 어려울 것으로 판단되었다.
한편, 비교예 3 및 4의 경우에는 혼용성이 불량할 뿐만 아니라, 저온 속경화 조건에서 접속이 거의 이루어지지 않아 접착력이 지나치게 약한 결과, 접착력 및 접속 저항 물성을 평가하는 것이 불가능하였다.
따라서, 플루오렌계 페녹시 수지 및 플루오렌계 아크릴레이트를 함께 사용하여 이방성 도전 필름을 제조하는 경우, 저온 속경화성 및 고신뢰성을 획득할 수 있음이 확인되었으며, 나아가 이에 에폭시 수지 및/또는 우레탄 아크릴레이트를 적절히 첨가하면 보다 뛰어난 물성의 이방성 도전 필름을 얻을 수 있음을 확인할 수 있었다.

Claims (16)

  1. a) 플루오렌계 페녹시 수지가 포함된 페녹시 수지; 및
    b) 플루오렌계 아크릴레이트가 포함된 라디칼 중합성 수지
    를 함유하는, 이방성 도전 필름.
  2. 제1항에 있어서, 상기 이방성 도전 필름의 고형분 100 중량부에 대하여,
    a) 플루오렌계 페녹시 수지가 포함된 페녹시 수지 20 내지 60 중량부; 및
    b) 플루오렌계 아크릴레이트가 포함된 라디칼 중합성수지 40 내지 80 중량부
    를 함유하는, 이방성 도전 필름.
  3. 제2항에 있어서, 상기 이방성 도전 필름의 고형분 100 중량부에 대하여,
    a) 플루오렌계 페녹시 수지 5 내지 50 중량부; 및
    b) 플루오렌계 아크릴레이트 5 내지 40 중량부
    를 함유하는, 이방성 도전 필름.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서, 아크릴 변성 에폭시 수지를 추가로 함유하는, 이방성 도전 필름.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서, 우레탄 아크릴레이트를 추가로 함유하는, 이방성 도전 필름.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 필름은, 160℃, 3 MPa, 5초의 조건에서 압착한 후의 접착력이 700 gf/cmm 이상인, 이방성 도전 필름.
  7. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 필름은, 인장 강도(Tensile Strength)가 60 내지 200 gf/mm2인, 이방성 도전 필름.
  8. 페녹시 수지 및 라디칼 중합성 수지를 함유하는 이방성 도전 필름으로서,
    a) 160℃, 3 MPa, 5초의 조건에서 압착한 후의 접착력이 700 gf/cm이상이고;
    b) 경화율 90% 이상으로 경화 시, 저장 탄성률이 1000 MPa 이상인, 이방성 도전 필름.
  9. 제8항에 있어서, 상기 페녹시 수지는 플루오렌계 페녹시 수지를 포함하는, 이방성 도전 필름.
  10. 제8항에 있어서, 상기 라디칼 중합성 수지는 플루오렌계 아크릴레이트를 포함하는, 이방성 도전 필름.
  11. 제9항에 있어서, 상기 이방성 도전 필름의 고형분 100 중량부에 대하여, 상기 플루오렌계 페녹시 수지를 5 내지 50 중량부로 함유하는, 이방성 도전 필름.
  12. 제10항에 있어서, 상기 이방성 도전 필름의 고형분 100 중량부에 대하여, 상기 플루오렌계 아크릴레이트를 5 내지 40 중량부로 함유하는, 이방성 도전 필름.
  13. 제8항 내지 제12항 중 어느 하나의 항에 있어서, 아크릴 변성 에폭시 수지를 추가로 함유하는, 이방성 도전 필름.
  14. 제8항 내지 제12항 중 어느 하나의 항에 있어서, 우레탄 아크릴레이트를 추가로 함유하는, 이방성 도전 필름.
  15. 제8항 내지 제12항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 필름은, 인장 강도가 60 내지 200 gf/mm2인, 이방성 도전 필름.
  16. a) 배선 기판;
    b) 상기 배선 기판의 칩 탑재면에 부착되어 있는 이방성 도전 필름; 및
    c) 상기 이방성 도정 필름상에 탑재된 반도체 칩
    을 포함하는 반도체 장치에 있어서,
    상기 이방성 도전 필름은 제1항 또는 제8항에 기재된 필름인, 반도체 장치.
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