KR20140095764A - 이방성 도전 필름 및 반도체 장치 - Google Patents

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Abstract

본원 발명은 분자 내 포함된 반응기 수가 상이한 2 종 이상의 라디칼 중합성 물질의 사용을 조절하여 투습도 및 흡습도가 낮고 장기 신뢰성이 우수한 이방성 도전 필름에 관한 것이다다.
구체적으로, 본원 발명은 분자 내 1 또는 2개의 (메타)아크릴레이트 반응기를 갖는 물질 및 분자 내 3개 이상의 (메타)아크릴레이트 반응기를 갖는 물질을 포함하는 라디칼 중합성 물질을 사용함으로써 장기 신뢰성이 향상된 이방성 도전 필름에 관한 것이다.

Description

이방성 도전 필름 및 반도체 장치{Anisotropic conductive film and semiconductor device}
본원 발명은 투습도 및 흡습도가 낮아 장기 신뢰성이 우수한 이방성 도전 필름 및 이를 이용하여 접속된 반도체 장치에 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.
상기 이방성 도전 필름을 접속시키고자 하는 회로 사이에 위치시킨 후 일정 조건 하에서 가열 및 가압 공정을 거치게 되면, 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.
상기와 같은 이방성 도전 필름을 이용하여 회로를 접속시키는 경우, 제품의 사용에 따른 지속적인 전류의 흐름 및 제품의 고온 다습한 환경에의 노출 등으로 장기 신뢰성이 우수한 이방성 도전 필름에 대한 요구가 끊이지 않고 있다. 특히 최근 IT 디바이스 등의 경박단소화 및 플랫 패널 디스플레이의 해상도 증가 등의 이유로 디바이스의 회로 폭이 기존에 비하여 점점 좁아지는 추세에 있어, 이에 따라 전극 사이에 위치하여 회로를 접속시키는 도전성 입자들의 숫자가 줄어드는 관계로 장기 신뢰성에 대한 중요성이 더욱 커지고 있는 실정이다.
이방성 도전 필름의 장기 신뢰성을 향상시키기 위하여 종래에는 무기 입자를 이용하는 방법을 연구하여 왔다(대한민국등록특허 제10-0652915호 등). 그러나, 상기 선행 기술과 같이 이방성 도전 필름 조성물에 무기 입자를 첨가하여 사용하는 경우에는 필름의 투습도, 흡습도를 낮추어 주는 효과는 있으나 무기 입자의 첨가로 인해 필름의 기본적인 특성인 접착력이 저하되어 필름과 기재의 계면 간에 버블이 다량 발생하는 등 결과적으로 신뢰성 접착력을 떨어뜨리는 역효과가 나타나는 문제가 있었다.
따라서, 이방성 도전 필름의 중요 물성인 접착력을 떨어뜨리지 않으면서도 필름의 투습도 및 흡습도를 조절하여 장기 신뢰성이 우수한 이방성 도전 필름의 개발이 요구된다.
대한민국등록특허 B1 제10-0652915호 (2006.11.30. 공고)
본원 발명은 분자 내 포함된 반응기 수가 상이한 2 종 이상의 라디칼 중합성 물질의 사용을 조절하여 투습도 및 흡습도가 낮고 장기 신뢰성이 우수한 이방성 도전 필름을 제공하고자 한다.
구체적으로, 본원 발명은 분자 내 1 또는 2개의 (메타)아크릴레이트 반응기를 갖는 물질 및 분자 내 3개 이상의 (메타)아크릴레이트 반응기를 갖는 물질을 포함하는 라디칼 중합성 물질을 사용함으로써 장기 신뢰성이 향상된 이방성 도전 필름을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본원 발명은 분자 내 포함된 반응기 수가 상이한 2 종 이상의 라디칼 중합성 물질의 사용을 조절하여 투습도 및 흡습도가 낮고 장기 신뢰성이 우수한 이방성 도전 필름을 제공한다.
구체적으로, 본원 발명의 일 양태에 따르면,
a) 바인더 수지; b) 분자 내 1 또는 2개의 (메타)아크릴레이트 반응기를 갖는 물질 및 분자 내 3개 이상의 (메타)아크릴레이트 반응기를 갖는 물질을 포함하는 라디칼 중합성 물질; 및 c) 도전성 입자를 함유하는 이방성 도전 필름으로서, 투습도가 170 g/m2/24hr 이하이고 흡습도가 2% 이하인 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 투습도 및 흡습도가 낮아 고온 및/또는 고습 조건하에서 장기간 사용되더라도 신뢰성 접속 저항, 신뢰성 접착력 또는 신뢰성 버블 특성 등 신뢰성 물성이 우수한 효과를 나타낸다.
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 발명은 분자 내 포함된 반응기 수가 상이한 2 종 이상의 라디칼 중합성 물질의 사용을 조절하여 투습도 및 흡습도가 낮고 장기 신뢰성이 우수한 이방성 도전 필름을 제공한다.
구체적으로, 본원 발명의 일 양태에 따르면,
a) 바인더 수지; b) 분자 내 1 또는 2개의 (메타)아크릴레이트 반응기를 갖는 물질 및 분자 내 3개 이상의 (메타)아크릴레이트 반응기를 갖는 물질을 포함하는 라디칼 중합성 물질; 및 c) 도전성 입자를 함유하는 이방성 도전 필름으로서, 투습도가 170 g/m2/24hr 이하이고 흡습도가 2% 이하인 이방성 도전 필름을 제공한다.
이하, 본원 발명에서 사용되는 상기 각 성분에 대하여 구체적으로 설명한다.
a) 바인더 수지
본원 발명에서 사용되는 상기 바인더 수지는 특별히 제한되지 아니하며 당해 기술 분야에서 통상적으로 사용하는 바인더 수지를 사용할 수 있다.
본원 발명에서 사용 가능한 상기 바인더 수지의 비제한적인 예로는 아크릴로니트릴 부타디엔 고무(acrylonitrile-butadiene rubber, NBR) 수지, 폴리우레탄 수지, 아크릴 수지, 폴리에스테르 우레탄 수지 등을 들 수 있다.
본원 발명에서 사용 가능한 상기 아크릴로니트릴 부타디엔 고무 수지는 아크릴로니트릴과 부타디엔의 유화 중합에 의해 제조된 공중합체를 의미한다. 상기 공중합체 중 아크릴로니트릴과 부타디엔의 각각의 함량은 특별히 제한되지 않으며, 그 중합 방법도 특별히 제한되지 않는다. 상기 아크릴로니트릴 부타디엔 고무 수지의 중량 평균 분자량은 특별히 제한되지 아니하나 바람직하게는 50,000 g/mol 내지 1,000,000 g/mol인 것을 사용할 수 있다.
본원 발명에서 사용 가능한 폴리우레탄 수지는 우레탄 결합을 갖는 고분자 수지로서, 예를 들어 이소포론디이소시아네이트, 폴리테트라메틸렌글리콜 등을 중합하여 제조될 수 있으나 이에 제한되지는 않는다. 상기 폴리우레탄 수지의 중량 평균 분자량은 특별히 제한되지 아니하나 바람직하게는 10,000 g/mol 내지 200,000 g/mol인 것을 사용할 수 있다.
본원 발명에서 사용 가능한 아크릴 수지는 아크릴 단량체 및/또는 이와 중합 가능한 단량체를 중합하여 얻을 수 있다. 예를 들면, 아크릴계 수지는 탄소수 2개 내지 10개의 알킬기를 갖는 (메타)아크릴레이트, (메타)아크릴산, 비닐 아세테이트 및 이로부터 변성된 아크릴계 단량체로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 단량체를 중합하여 제조된 것일 수 있다. 상기 중합 방법은 특별히 제한되지 않는다. 상기 아크릴 수지의 중량 평균 분자량은 특별히 제한되지 아니하나 바람직하게는 10,000 g/mol 내지 200,000 g/mol인 것을 사용할 수 있다.
본원 발명에서 사용 가능한 폴리에스테르 우레탄 수지로는 폴리에스테르 폴리올 및 디이소시아네이트의 반응에 의해 얻어진 수지를 사용할 수 있다.
상기 폴리에스테르 폴리올은 복수의 에스테르기 및 복수의 수산기를 갖는 중합체를 말한다. 폴리에스테르 폴리올은 디카르복실산 및 디올의 반응에 의해 얻을 수 있다.
상기 디카르복실산의 예로는, 프탈릭산, 테레프탈산, 이소프탈산, 아디프산, 세박산, 숙신산, 글루타르산, 수베린산, 아젤란산, 도데칸디카르복실산, 헥사하이드로프탈산, 오르토-프탈산, 테트라클로로프탈산, 1,5-나프탈렌디카르복실산, 푸마르산, 말레인산, 이타콘산, 시트라콘산, 메사콘산 또는 테트라하이드로프탈산 등을 들 수 있으며, 상기와 같은 방향족 디카르복실산 또는 지방족 디카르복실산이 바람직하다.
상기 디올의 예로는, 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 또는 1,4-사이클로헥산디메탄올 등을 들 수 있으며, 상기와 같은 글리콜류가 바람직하다.
상기 디이소시아네이트의 예로는, 이소포론디이소시아네이트(IPDI), 4,4'-디페닐메탄 디이소시아네이트(MDI), 1,6-헥사메틸렌 디이소시아네이트(HDI), 크실렌 디이소시아네이트, 수소화 디페닐메탄 디이소시아네이트, 나프탈렌 디이소시아네이트, 2,4-톨루엔 디이소시아네이트 또는 2,6-톨루엔 디이소시아네이트 등을 들 수 있으며, 방향족, 지환족, 또는 지방족의 디이소시아네이트가 바람직하다.
상기 폴리에스테르 우레탄 수지의 중량 평균 분자량은 특별히 제한되지 아니하나 바람직하게는 10,000 g/mol 내지 200,000 g/mol인 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 50,000 g/mol 내지 100,000 g/mol인 것을 사용할 수 있다.
상기 바인더 수지는 단독으로 사용될 수 있으나 바람직하게는 중량 평균 분자량이 서로 상이한 2 종 이상의 수지를 함께 사용할 수 있다. 중량 평균 분자량이 상이한 2 종 이상의 수지를 함께 사용하는 경우에는, 분자량이 큰 바인더만을 사용하였을 때 발생하는 필름 물성이 지나치게 단단해지는 문제 및 분자량이 작은 바인더만을 사용하였을 때 발생하는 필름 형성이 어려운 문제를 방지할 수 있다. 또한 중간 정도의 분자량을 갖는 바인더를 단독으로 사용하는 경우에 비하여 서로 다른 분자량을 갖는 바인더 간의 상호 보완적 작용에 의하여 보다 우수한 물성의 필름을 형성할 수 있는 이점이 있다.
본원 발명의 일 양태에 따르면, 본원 발명의 바인더 수지로서 보다 바람직하게는 아크릴로니트릴 부타디엔 고무 수지, 폴리우레탄 수지 및 아크릴 수지를 포함하는 수지 조성물을 사용할 수 있다.
상기 아크릴로니트릴 부타디엔 고무 수지, 폴리우레탄 수지 및 아크릴 수지를 포함하는 수지 조성물을 사용하는 경우에는, 보다 바람직하게는 상기 수지 조성물 100 중량부에 대하여 상기 아크릴로니트릴 부타디엔 고무 수지를 1 내지 10 중량부로 사용하고, 상기 폴리우레탄 수지를 20 내지 40 중량부로 사용하고, 상기 아크릴 수지를 10 내지 30 중량부로 사용할 수 있다. 상기 범위 내에서 우수한 필름 형성력 및 접착력을 얻을 수 있다.
상기 바인더 수지는 본원 발명의 이방성 도전 필름의 고형분 100 중량부에 대하여 바람직하게는 30 내지 80 중량부로 함유될 수 있으며, 보다 바람직하게는 40 내지 70 중량부로 함유될 수 있고, 더욱 바람직하게는 50 내지 70 중량부로 함유될 수 있다. 상기 범위 내에서 우수한 필름 형성력 및 접착력을 얻을 수 있다.
b) 라디칼 중합성 물질
본원 발명에서 사용되는 라디칼 중합성 물질은 분자 내 (메타)아크릴레이트 반응기를 1 또는 2개 갖는 물질 및 분자 내 (메타)아크릴레이트 반응기를 3개 갖는 물질을 함께 포함한다.
본원 발명의 라디칼 중합성 물질 중 상기 분자 내 (메타)아크릴레이트 반응기를 1 또는 2개 갖는 물질의 비제한적인 예로는 메틸(메타)아크릴레이트, 에틸(메타)아크릴레이트, n-부틸(메타)아크릴레이트, 이소부틸(메타)아크릴레이트, t-부틸(메타)아크릴레이트, 2-에틸헥실(메타)아크릴레이트, 이소데실(메타)아크릴레이트, n-라우릴(메타)아크릴레이트, C12-C15의 알킬(메타)아크릴레이트, n-스테아릴(메타)아크릴레이트, n-부톡시에틸(메타)아크릴레이트, 부톡시디에틸렌글리콜(메타)아크릴레이트, 메톡시트리에틸렌글리콜(메타)아크릴레이트, 메톡시폴리에틸렌글리콜(메타)아크릴레이트, 사이클로헥실(메타)아크릴레이트, 테트라하이드로퍼퍼릴(tetrahydrofurfuryl)(메타)아크릴레이트, 벤질(메타)아크릴레이트, 2-페녹시에틸(메타)아크릴레이트, 이소보닐(메타)아크릴레이트, 2-하이드록시에틸(메타)아크릴레이트, 2-하이드록시프로필(메타)아크릴레이트, 2-하이드록시부틸(메타)아크릴레이트, 4-하이드록시부틸(메타)아크릴레이트, 디메틸아미노에틸(메타)아크릴레이트, 디에틸아미노에틸(메타)아크릴레이트, (메타)아크릴산, 2-(메타)아크릴로일옥시에틸숙신산, 2-(메타)아크릴로일옥시에틸헥사하이드로프탈레이트, 2-(메타)아크릴로일옥시에틸-2-하이드록시프로필프탈레이트, 글리시딜(메타)아크릴레이트, 2-(메타)아크릴로일옥시에틸엑시드포스페이트, 에틸렌글리콜디(메타)아크릴레이트, 디에틸렌글리콜디(메타)아크릴레이트, 트리에틸렌글리콜디(메타)아크릴레이트, 1,4-부탄디올디(메타)아크릴레이트, 네오펜틸글리콜디(메타)아크릴레이트, 1,6-헥산디올디(메타)아크릴레이트, 1,9-노난디올디(메타)아크릴레이트, 1,10-데칸디올디(메타)아크릴레이트, 글리세린디(메타)아크릴레이트, 2-하이드록시-3-아크릴로일옥시프로필(메타)아크릴레이트, 디메틸올트리사이클로데칸디(메타)아크릴레이트, 트리플루오로에틸(메타)아크릴레이트, 퍼플루오로옥틸에틸(메타)아크릴레이트, 이소아밀 아크릴레이트, 라우릴 아크릴레이트, 에틸렌옥사이드의 디(메타)아크릴레이트로 변성된 비스페놀 A, 프로필렌옥사이드의 디(메타)아크릴레이트로 변성된 비스페놀 A, 트리메틸올프로판-벤조에이트-(메타)아크릴레이트, 비스페놀 A 디글리시딜의 디(메타)아크릴레이트, 또는 2-하이드록시-3-페녹시프로필(메타)아크릴레이트와 톨루엔디이소시아네이트의 반응물 등을 들 수 있다. 이들은 단독으로 사용되거나 2 종 이상 혼합하여 사용될 수 있다.
본원 발명에서 사용되는 상기 분자 내 (메타)아크릴레이트 반응기를 1 또는 2개 갖는 라디칼 중합성 물질은 이방성 도전 필름의 고형분 100 중량부에 대하여 바람직하게는 5 내지 50 중량부로 함유될 수 있으며, 보다 바람직하게는 5 내지 40 중량부로 함유될 수 있고, 더욱 바람직하게는 10 내지 40 중량부로 함유될 수 있다. 상기 범위 내에서 전체 경화물이 아크릴레이트 경화 구조를 충분히 형성할 수 있도록 해주며 경화물의 경도가 지나치게 높아지는 것을 방지하여 계면 박리력 및 접착력이 저하되는 것을 방지하는 이점이 있다.
본원 발명의 라디칼 중합성 물질 중 상기 분자 내 (메타)아크릴레이트 반응기를 3개 이상 갖는 물질의 비제한적인 예로는 트리메틸올프로판트리(메타)아크릴레이트, 에틸렌옥사이드변성트리메틸올프로판의 트리(메타)아크릴레이트, 펜타에리스리톨트리(메타)아크릴레이트, 펜타에리스리톨테트라(메타)아크릴레이트, 디펜타에리스리톨헥사(메타)아크릴레이트, 펜타에리스리톨트리(메타)아크릴레이트와 헥사메틸렌디이소시아네이트의 반응물, 펜타에리스리톨트리(메타)아크릴레이트와 톨루엔디이소시아네이트의 반응물, 펜타에리스리톨트리(메타)아크릴레이트와 이소포론디이소시아네이트의 반응물, 또는 디펜타에리스리톨펜타(메타)아크릴레이트와 헥사메틸렌디이소시아네이트의 반응물 등을 들 수 있다. 이들은 단독으로 사용되거나 2 종 이상 혼합하여 사용될 수 있다.
본원 발명에서 사용되는 상기 분자 내 (메타)아크릴레이트 반응기를 3개 이상 갖는 라디칼 중합성 물질은 이방성 도전 필름의 고형분 100 중량부에 대하여 바람직하게는 1 내지 40 중량부로 함유될 수 있으며, 보다 바람직하게는 1 내지 30 중량부로 함유될 수 있고, 더욱 바람직하게는 1 내지 20 중량부로 함유될 수 있다. 상기 범위 내에서 경화 속도를 충분히 향상시켜주며 경화 구조의 입체화를 통해 고신뢰성을 획득할 수 있는 이점이 있다. 또한 경화물의 경도가 지나치게 높아지는 것을 방지하여 계면 박리력 및 접착력이 저하되는 것을 방지하며, 조성물의 반응성이 지나치게 높아져 저장 안정성이 저하되는 문제를 방지하는 이점이 있다.
본원 발명에서 사용되는 상기 라디칼 중합성 물질의 총 함량은 이방성 도전 필름의 고형분 100 중량부에 대하여 바람직하게는 5 내지 50 중량부로 함유될 수 있으며, 보다 바람직하게는 10 내지 50 중량부로 함유될 수 있고, 더욱 바람직하게는 20 내지 40 중량부로 함유될 수 있다. 상기 범위 내에서 전체 경화물이 아크릴레이트 경화 구조를 충분히 형성할 수 있도록 해주며 경화물의 경도가 지나치게 높아지는 것을 방지하여 계면 박리력 및 접착력이 저하되는 것을 방지하는 이점이 있다.
본원 발명에서 사용되는 상기 라디칼 중합성 물질 중, 분자 내 (메타)아크릴레이트 반응기를 1 또는 2개 갖는 라디칼 중합성 물질(A)과 분자 내 (메타)아크릴레이트 반응기를 3개 이상 갖는 라디칼 중합성 물질(B)의 중량비(A/B)는 바람직하게는 1 초과 10 미만일 수 있으며, 보다 바람직하게는 1 초과 7 미만일 수 있고, 더욱 바람직하게는 1 초과 5 미만일 수 있다.
이방성 도전 필름에 함유된 라디칼 중합성 물질 중 A/B의 값이 1 초과 15 미만인 경우, 경화 시 라디칼 중합성 물질들의 가교 결합이 선형이 아닌 바인더들과 촘촘한 그물 형태의 결합을 이룰 수 있어 이에 따라 투습도 및 흡습도가 낮게 조절되고 접속 저항, 접착력, 버블 특성과 같은 신뢰성 물성이 우수하게 유지되는 이점이 있다.
c) 도전성 입자
본원 발명에서 사용되는 도전성 입자는 특별히 제한되지 아니하며 당해 기술 분야에서 통상적으로 사용하는 도전성 입자를 사용할 수 있다.
본원 발명에서 사용 가능한 도전성 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 절연성 입자를 추가로 코팅한 절연화 처리된 도전성 입자 등을 들 수 있다. 이들은 단독으로 사용되거나 2 종 이상 혼합하여 사용될 수 있다.
상기 도전성 입자의 평균 입경 크기는 적용되는 회로의 피치(pitch)에 의해 다양할 수 있으며, 바람직하게는 1 내지 30 ㎛ 범위에서 용도에 따라 선택하여 사용할 수 있다.
본원 발명에서 사용되는 도전성 입자는 이방성 도전 필름의 고형분 100 중량부에 대하여 바람직하게는 0.1 내지 30 중량부로 함유될 수 있으며, 보다 바람직하게는 1 내지 20 중량부로 함유될 수 있고 더욱 바람직하게는 1 내지 10 중량부로 함유될 수 있다. 상기의 범위 내에서 접속 및/또는 절연 불량의 발생을 방지하여 우수한 접속성을 획득할 수 있다.
본원 발명의 이방성 도전 필름은 상기 a), b), c) 이외에 무기 입자를 추가로 함유할 수 있다. 이방성 도전 필름 조성에 무기 입자를 추가로 사용하는 경우, 상기 이방성 도전 필름을 전극에 압착 시 전극에 가해지는 압력이 균일하게 분산되도록 할 수 있으며 이방성 도전 필름의 투습성 및 흡습성을 낮게 조절하고 접착성 및 접속 신뢰성을 향상시키는 이점이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이방성 도전 필름은 무기 입자를 추가로 더 포함할 수 있다. 무기 입자를 포함하는 경우 흡습도 및 투습도를 낮출 수 있다.
본원 발명에서 사용 가능한 무기 입자로 바람직하게는 실리카 입자를 사용할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
본원 발명에서 사용 가능한 실리카 입자의 평균 입경은 특별히 제한되지 아니하나 바람직하게는 0.01 ㎛ 내지 10 ㎛일 수 있으며, 보다 바람직하게는 0.05 ㎛ 내지 5 ㎛일 수 있고, 더욱 바람직하게는 0.1 ㎛ 내지 1 ㎛일 수 있다.
상기 실리카 입자는 이방성 도전 필름의 고형분 100 중량부에 대하여 바람직하게는 0.1 내지 20 중량부로 함유될 수 있고, 보다 바람직하게는 0.1 내지 10 중량부로 함유될 수 있다. 상기 범위 내에서 전극에 가해지는 압력이 균일하게 분산될 수 있으며 이방성 도전 필름의 투습성 및 흡습성을 낮게 조절하고 접착성 및 접속 신뢰성을 향상시키는 이점이 있다.
본원 발명의 이방성 도전 필름은 상기의 성분 이외에 경화 개시제를 추가로 포함할 수 있다.
본원 발명에서 사용 가능한 상기 경화 개시제는 특별히 제한되지 아니하며 당해 기술 분야에서 통상적으로 사용하는 경화 개시제를 사용할 수 있다. 본원 발명에서 사용 가능한 경화 개시제의 비제한적인 예로는 퍼옥사이드계(유기 과산화물)와 아조계를 들 수 있으나, 이들에 제한되는 것은 아니다.
본원 발명에서 사용 가능한 퍼옥사이드계 개시제의 비제한적인 예로는 아세틸아세톤퍼옥사이드, 메틸사이클로헥사논퍼옥사이드, 메틸에틸케톤퍼옥사이드, 1,1-비스(t-부틸퍼옥시)사이클로헥산, 1,1-비스(t-부틸퍼옥시)-2-메틸사이클로헥산, 1,1-비스(t-부틸퍼옥시)-3,3,5-트리메틸사이클로헥산, n-부틸-4,4-비스(t-부틸퍼옥시)발러레이트(n-butyl-4,4-bis(t-butylperoxy)valerate), 2,2-비스(t-부틸퍼옥시)부탄, t-부틸하이드로퍼옥사이드, p-멘탄하이드로퍼옥사이드(p-menthane hydroperoxide), 1,1,3,3-테트라메틸부틸하이드로퍼옥사이드, α',α'-비스(t-부틸퍼옥시)디이소프로필벤젠, 2,5-디메틸-2,5-비스(t-부틸퍼옥시)헥산, 2,5-디메틸-2,5-비스(t-부틸퍼옥시)헥신-3, 벤조일 퍼옥사이드, 라우릴 퍼옥사이드, 스테아로일 퍼옥사이드, 숙신산 퍼옥사이드, 3,5,5-트리메틸헥사노일 퍼옥사이드, 디-2-에톡시에틸 퍼옥시디카르보네이트, 디이소프로필퍼옥시카르보네이트, 디-3-메톡시부틸퍼옥시디카르보네이트, 디-2-에틸헥실퍼옥시디카르보네이트, 비스(4-t-부틸사이클로헥실)퍼옥시디카르보네이트, t-부틸퍼옥시아세테이트, t-부틸퍼옥시-2-에틸헥실모노카르보네이트, t-부틸퍼옥시이소프로필모노카르보네이트, t-부틸퍼옥시라우레이트, t-부틸퍼옥시말레산, t-부틸퍼옥시네오데카노에이트, t-부틸퍼옥시-2-에틸헥사노에이트, t-부틸퍼옥시피발레이트, t-부틸퍼옥시벤조에이트, t-부틸퍼옥시-m-톨루에이트/벤조에이트, t-부틸퍼옥시-3,3,5-트리메틸헥사노에이트, α',α'-비스(네오데카노일퍼옥시)디이소프로필벤젠, 큐밀퍼옥시네오데카노에이트, 1-사이클로헥실-1-메틸에틸퍼옥시네오데카노에이트, 2,5-디메틸-2,5-비스(m-톨루오일퍼옥시)헥산(2,5-dimethyl-2,5-bis(m-toluoylperoxy)hexane), 2,5-디메틸-2,5-비스(2-에틸헥사노일퍼옥시)헥산, 2,5-디메틸-2,5-비스(벤조일퍼옥시)헥산, t-헥실퍼옥시이소프로필모노카르보네이트, t-헥실퍼옥시네오데카노에이트, t-헥실퍼옥시-2-에틸헥사노에이트, t-헥실퍼옥시피발레이트, 1,1,3,3-테트라메틸부틸퍼옥시-2-에틸헥사노에이트, 또는 3,3',4,4'-테트라(t-부틸퍼옥시카르보닐)벤조페논 등을 들 수 있다. 이들은 단독으로 사용되거나 2 종 이상 혼합하여 사용될 수 있다.
본원 발명에서 사용 가능한 아조계 개시제의 비제한적인 예로는 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 들 수 있다. 이들은 단독으로 사용되거나 2 종 이상 혼합하여 사용될 수 있다.
본원 발명에서 사용 가능한 상기 경화 개시제는 이방성 도전 필름의 고형분 100 중량부에 대하여 바람직하게는 0.1 내지 20 중량부로 함유될 수 있으며 보다 바람직하게는 0.1 내지 15 중량부로 함유될 수 있고, 더욱 바람직하게는 1 내지 10 중량부로 함유될 수 있다. 상기 범위 내에서 단시간 내에 경화가 충분히 일어날 수 있으며 상용성이 우수하여 필름 형성이 원활하게 이루어지는 이점이 있다.
본원 발명의 이방성 도전 필름은 상기 필름의 기본적인 물성들을 저해하지 않으면서 필름에 부가적인 물성을 추가로 부여하기 위하여, 전술한 성분들 이외에 중합 방지제, 산화 방지제, 열안정제, 경화 촉진제, 커플링제 등의 기타 첨가제를 추가로 함유할 수 있다. 이들 기타 첨가제의 첨가량은 필름의 용도나 목적하는 효과 등에 따라 다양할 수 있으며, 그 바람직한 함량은 특별히 제한되지 아니하고 당해 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 널리 알려져 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 첨가하고 도전성 입자가 분쇄되지 않는 속도 범위 내에서 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 제조할 수 있다.
본원 발명의 이방성 도전 필름의 투습도는 바람직하게는 170 g/m2/24hr 이하일 수 있다. 상기 범위 내에서 고온 및/또는 고습 조건에서 장시간 사용하더라도 신뢰성이 우수한 이점이 있다.
상기 투습도의 측정 방법은 이방성 도전 필름을 지름 5 cm, 두께 200 ㎛로 재단하고 200℃에서 1시간 동안 경화시킨 후, 상기 필름을 염화칼슘을 20 g 담은 병의 입구에 위치시키고 주변을 실링한 후 전체의 무게를 측정하여 초기 무게를 기록한다. 그 다음 이를 온도 85℃, 상대 습도 85%인 환경에 24 시간 동안 방치한 후 필름의 표면에 묻어 있는 수분을 제거한 다음 전체 무게를 측정하여 처음 무게 대비 증가량을 기록하는 방식으로 측정할 수 있다.
본원 발명의 이방성 도전 필름의 흡습도는 바람직하게는 2% 이하일 수 있다. 상기 범위 내에서 고온 및/또는 고습 조건에서 장시간 사용하더라도 신뢰성이 우수한 이점이 있다.
상기 흡습도의 측정 방법은 이방성 도전 필름을 가로 2 cm × 세로 2 cm, 두께가 200 ㎛가 되도록 재단하고 200℃에서 1시간 동안 경화시킨 후 필름의 무게를 측정하여 초기 무게를 기록한다. 그 다음 상기 필름을 온도 85℃, 상대 습도 85%인 환경에 24 시간 동안 방치한 후 필름의 표면에 묻어 있는 수분을 제거한 다음 상기 필름의 무게를 측정하여 처음 무게 대비 증가량을 기록하는 방식으로 측정할 수 있다.
본원 발명의 일 양태에 따른 이방성 도전 필름은 바람직하게는 신뢰성 접착력이 400 gf/cm 이상일 수 있다. 상기 신뢰성 접착력은 제조된 이방성 도전 필름을 온도 85℃ 및 상대 습도 85%의 조건하에서 500 시간 동안 방치한 후 측정한 접착력을 말한다.
상기 신뢰성 접착력을 측정하는 방법의 비제한적인 예는 다음과 같다: 제조된 이방성 도전 필름을 상온 (약 25℃)에서 1 시간 동안 방치한 다음, 메탈 전극 유리(Mo/Al/Mo 구조, 삼성전자)와 COF(삼성전자)를 이용하여, 실측 온도 약 70℃에서 1초의 가압착 조건과 185℃, 4초, 4.5 MPa의 본압착 조건으로 접속하여 복수개의 시편을 준비한다. 상기 각 시편을, 온도 85℃ 및 상대 습도 85%의 조건하에서 500 시간 동안 방치한 후, 각 시편의 필강도 (Peel Strength) 측정기(H5KT, Tinius Olsen 사)를 이용하여 필 각도 90° 및 필 속도 50 mm/min의 조건하에서 측정하여 그 평균값을 계산하는 방식으로 측정할 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
아크릴로니트릴 부타디엔 고무 수지(N-34, 니폰제온) 5 중량부, 폴리우레탄 수지(NPC7007T, 나눅스) 35 중량부, 아크릴 수지(AOF-7003, 애경화학) 20 중량부, 4-하이드록시부틸아크릴레이트 13 중량부, 디메틸올트리사이클로데칸디아크릴레이트 13 중량부, 펜타에리스리톨트리아크릴레이트 8 중량부, 도전성 입자(평균 입경 3 ㎛, Sekisui) 3 중량부 및 라우릴 퍼옥사이드 3 중량부를 혼합하여 이방성 도전 필름용 조성물을 제조하였다.
상기 조성물을 도전 입자가 분쇄되지 않는 속도 범위 내에서 상온(25℃)에서 60 분간 교반하고, 상기 조합액을 실리콘 이형 표면 처리된 폴리에틸렌 기재 필름에 35 ㎛의 두께의 필름으로 형성시켰다. 상기 필름 형성을 위해서 캐스팅 나이프(Casting knife)를 사용하였으며 필름의 건조 시간은 60℃에서 5분으로 하였다.
실시예 2
상기 실시예 1에 있어서, 4-하이드록시부틸아크릴레이트를 10 중량부로 사용하고 디메틸올트리사이클로데칸디아크릴레이트를 10 중량부로 사용하며 펜타에리스리톨트리아크릴레이트를 9 중량부로 사용하고, 이에 추가적으로 실리카 입자(0.5 ㎛, 덴카)를 5 중량부로 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 이방성 도전 필름을 제조하였다.
실시예 3
상기 실시예 1에 있어서, 4-하이드록시부틸아크릴레이트를 사용하지 아니하고 대신 디메틸올트리사이클로데칸디아크릴레이트를 26 중량부로 사용하는 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 이방성 도전 필름을 제조하였다.
비교예 1
상기 실시예 1에 있어서, 4-하이드록시부틸아크릴레이트를 9 중량부로 사용하고, 디메틸올트리사이클로데칸디아크릴레이트 및 펜타에리스리톨트리아크릴레이트를 사용하지 아니하며, 이에 추가적으로 실리카 입자(0.5 ㎛, 덴카)를 25 중량부로 사용하는 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 이방성 도전 필름을 제조하였다.
비교예 2
상기 실시예 1에 있어서, 펜타에리스리톨트리아크릴레이트를 사용하지 아니하는 대신 4-하이드록시부틸아크릴레이트 및 디메틸올트리사이클로데칸디아크릴레이트를 각각 17 중량부 씩 사용하는 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 이방성 도전 필름을 제조하였다.
비교예 3
상기 실시예 1에 있어서, 4-하이드록시부틸아크릴레이트 및 디메틸올트리사이클로데칸디아크릴레이트를 각각 7 중량부 씩 사용하고 펜타에리스리톨트리아크릴레이트를 20 중량부로 사용하는 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 이방성 도전 필름을 제조하였다.
비교예 4
상기 실시예 1에 있어서, 4-하이드록시부틸아크릴레이트 및 디메틸올트리사이클로데칸디아크릴레이트를 각각 16 중량부 씩 사용하고 펜타에리스리톨트리아크릴레이트를 2 중량부로 사용하는 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 이방성 도전 필름을 제조하였다.
상기 실시예 1 내지 3 및 상기 비교예 1 내지 4에서 제조된 이방성 도전 필름의 조성은 하기 표 1에 나타내었다.
조성(중량부) 실시예
1		 실시예
2		 실시예
3		 비교예
1		 비교예
2		 비교예
3		 비교예
4

바인더 수지		 NBR 수지 5 5 5 5 5 5 5
폴리우레탄 수지 35 35 35 35 35 35 35
아크릴 수지 20 20 20 20 20 20 20



라디칼
중합성 물질		 반응기 1개(A):
4-하이드록시부틸
아크릴레이트
13
10		 - 9 17 7 16
반응기 2개(A):
디메틸올트리사이클로
데칸디아크릴레이트
13
10		 26 - 17 7 16
반응기 3개(B):
펜타에리스리톨트리
아크릴레이트
8
9		 8 - - 20 2
무기 입자 - 5 - 25 - - -
도전 입자 3 3 3 3 3 3 3
경화 개시제 3 3 3 3 3 3 3
A/B 3.25 2.22 3.25 - - 0.7 16
실험예 1 투습도의 측정
상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 4에서 제조된 이방성 도전 필름의 투습도를 측정하기 위하여 다음과 같은 실험을 수행하였다.
상기 각 이방성 도전 필름을 지름 5 cm, 두께 200 ㎛로 재단하고 200℃에서 1시간 동안 경화시킨 후, 상기 필름을 염화칼슘을 20 g 담은 병의 입구에 위치시키고 주변을 실링한 후 전체의 무게를 측정하여 초기 무게를 기록하였다.
그 다음, 상기 필름으로 입구를 실링한 병을 온도 85℃, 상대 습도 85%인 환경에 24 시간 동안 방치한 후 필름의 표면에 묻어 있는 수분을 제거한 다음 상기 병의 전체 무게를 측정하여 처음 무게 대비 증가량을 기록하였다.
실험예 2 흡습도의 측정
상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 4에서 제조된 이방성 도전 필름의 흡습도를 측정하기 위하여 다음과 같은 실험을 수행하였다.
상기 각 이방성 도전 필름을 가로 2 cm × 세로 2 cm, 두께가 200 ㎛가 되도록 재단하고 200℃에서 1시간 동안 경화시킨 후 필름의 무게를 측정하여 초기 무게를 기록하였다.
그 다음 상기 필름을 온도 85℃, 상대 습도 85%인 환경에 24 시간 동안 방치한 후 필름의 표면에 묻어 있는 수분을 제거한 다음 상기 필름의 무게를 측정하여 처음 무게 대비 증가량을 기록하였다.
실험예 3 신뢰성 접속 저항의 측정
상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 4에서 제조된 이방성 도전 필름의 신뢰성 접속 저항을 측정하기 위하여 다음과 같은 실험을 수행하였다.
상기 각 이방성 도전 필름을 상온(25℃)에서 1 시간 동안 방치한 다음, 0.5 t 글래스에 ITO층을 1000Å으로 피막한 패턴 없는 글래스에 4 단자 측정 가능한 패턴을 형성한 COF(삼성전자)를 이용하여, 실측 온도 70℃에서 1초의 가압착 조건과 185℃, 4초, 4.5 MPa의 본압착 조건으로 접속하여 각각의 시편을 10개씩 준비하였다.
상기 각각의 10개씩의 시편을, 온도 85℃ 및 상대 습도 85%의 조건하에서 500 시간 동안 방치하여 고온ㆍ고습 신뢰성 평가를 진행한 후, 이들 각각의 신뢰성 접속 저항을 측정(ASTM D117에 준함)하여 그 평균값을 계산하였다.
실험예 4 신뢰성 접착력의 측정
상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 4에서 제조된 이방성 도전 필름의 신뢰성 접착력을 측정하기 위하여 다음과 같은 실험을 수행하였다.
상기 각 이방성 도전 필름을 상온(25℃)에서 1 시간 동안 방치한 다음, 메탈 전극 유리(Mo/Al/Mo 구조, 삼성전자)와 COF(삼성전자)를 이용하여, 실측 온도 70℃에서 1초의 가압착 조건과 185℃, 4초, 4.5 MPa의 본압착 조건으로 접속하여 각각의 시편을 10개씩 준비하였다.
상기 각각의 10개씩의 시편을, 온도 85℃ 및 상대 습도 85%의 조건하에서 500 시간 동안 방치하여 고온ㆍ고습 신뢰성 평가를 진행한 후, 이들 각각에 대하여 필강도(Peel Strength) 측정기(H5KT, Tinius Olsen 사)를 이용하여 필 각도 90° 및 필 속도 50 mm/min의 조건하에서 측정하여 그 평균값을 계산하였다.
실험예 5 신뢰성 버블 면적의 측정
상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 4에서 제조된 이방성 도전 필름의 신뢰성 버블 특성을 측정하기 위하여 다음과 같은 실험을 수행하였다.
상기 각 이방성 도전 필름을 상온(25℃)에서 1 시간 동안 방치한 다음, 메탈 전극 유리(Mo/Al/Mo 구조, 삼성전자)와 COF(삼성전자)를 이용하여, 실측 온도 70℃에서 1초의 가압착 조건과 185℃, 4초, 4.5 MPa의 본압착 조건으로 접속하여 각각의 시편을 10개씩 준비하였다.
상기 각각의 10개씩의 시편을, 온도 85℃ 및 상대 습도 85%의 조건하에서 500 시간 동안 방치하여 고온ㆍ고습 신뢰성 평가를 진행한 후, 이들 각각을 광학 현미경을 이용하여 10 군데의 사진을 찍은 후 이미지 아날라이져를 이용하여 전극 간 스페이스부의 면적에 대한 버블 면적의 비율을 측정하여 그 평균값을 계산하였다.
상기 실험예 1 내지 5의 측정 결과는 하기 표 2에 나타내었다.
물성 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1 비교예 2 비교예 3 비교예 4
투습도(g/m2/24hr) 130 110 140 130 260 220 210
흡습도(%) 1.2 0.9 1.2 1.1 2.3 2.2 2.2
신뢰성 접속 저항(Ω) 2.4 2.3 2.4 2.8 3.8 2.7 3.4
신뢰성 접착력(gf/cm) 550 550 540 320 350 390 360
신뢰성 버블 면적(%) 10 12 10 35 22 19 20

Claims (11)

  1. a) 바인더 수지;
    b) 분자 내 1 또는 2개의 (메타)아크릴레이트 반응기를 갖는 물질 및 분자 내 3개 이상의 (메타)아크릴레이트 반응기를 갖는 물질을 포함하는 라디칼 중합성 물질; 및
    c) 도전성 입자;
    를 함유하는 이방성 도전 필름으로서,
    투습도가 170 g/m2/24hr 이하이고 흡습도가 2% 이하인 이방성 도전 필름.
  2. 제1항에 있어서, 상기 이방성 도전 필름의 고형분 100 중량부에 대하여,
    a) 바인더 수지 30 내지 80 중량부;
    b) 라디칼 중합성 물질 10 내지 50 중량부; 및
    c) 도전성 입자 0.1 내지 20 중량부;
    를 함유하는 이방성 도전 필름.
  3. 제1항에 있어서, 상기 b) 라디칼 중합성 물질 중 분자 내 1 또는 2개의 (메타)아크릴레이트 반응기를 갖는 물질(A)과 분자 내 3 개 이상의 (메타)아크릴레이트 반응기를 갖는 물질(B)의 중량비(A/B)가 1 초과 10 미만인, 이방성 도전 필름.
  4. 제1항에 있어서, 상기 a) 바인더 수지는 중량평균분자량이 상이한 2 종 이상의 수지를 포함하는, 이방성 도전 필름.
  5. 제4항에 있어서, 상기 a) 바인더 수지는 아크릴로니트릴 부타디엔 고무 수지, 폴리우레탄 수지 및 아크릴 수지로 이루어진 군에서 선택되는 2 종 이상을 포함하는, 이방성 도전 필름.
  6. 제1항에 있어서, 상기 b) 라디칼 중합성 물질 중 분자 내 1 또는 2개의 (메타)아크릴레이트 반응기를 갖는 물질은 하이드록시부틸(메타)아크릴레이트, 메틸(메타)아크릴레이트, 에틸(메타)아크릴레이트, n-부틸(메타)아크릴레이트, 이소부틸(메타)아크릴레이트, 2-하이드록시프로필(메타)아크릴레이트, 글리시딜(메타)아크릴레이트로 이루어진 군에서 선택되는 1 종 이상을 포함하는, 이방성 도전 필름.
  7. 제1항에 있어서, 상기 b) 라디칼 중합성 물질 중 분자 내 3개의 (메타)아크릴레이트 반응기를 갖는 물질은 펜타에리스리톨트리(메타)아크릴레이트, 트리메틸올프로판트리(메타)아크릴레이트, 에틸렌옥사이드변성트리메틸올프로판의 트리(메타)아크릴레이트, 펜타에리스리톨테트라(메타)아크릴레이트, 디펜타에리스리톨헥사(메타)아크릴레이트로 이루어진 군에서 선택되는 1 종 이상을 포함하는, 이방성 도전 필름.
  8. 제1항에 있어서, 무기 입자를 추가로 함유하는 이방성 도전 필름.
  9. 제8항에 있어서, 상기 이방성 도전 필름의 고형분 100 중량부에 대하여, 상기 무기 입자를 0.1 내지 20 중량부로 함유하는 이방성 도전 필름.
  10. 제1항에 있어서, 상기 이방성 도전 필름을 온도 85℃ 및 상대 습도 85%의 조건하에서 500 시간 동안 방치한 후의 신뢰성 접착력이 400 gf/cm 이상인 이방성 도전 필름.
  11. a) 배선 기판;
    b) 상기 배선 기판의 칩 탑재면에 부착되어 있는 이방성 도전 필름; 및
    c) 상기 이방성 도전 필름상에 탑재된 반도체 칩;
    을 포함하는 반도체 장치로서,
    상기 이방성 도전 필름은 제1항 내지 제10항 중 어느 하나의 항에 기재된 필름인, 반도체 장치.
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