KR20150113418A - 이방 도전성 필름, 이의 제조 방법, 및 이를 포함하는 반도체 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 토출부에 복수개의 패턴부가 구비된 코터를 이용해 코팅층을 제조함으로써 코팅층 내 도전성 입자의 분산도가 개선된 이방 도전성 필름, 이의 제조 방법, 및 이를 포함하는 반도체 장치에 관한 것이다.

Description

이방 도전성 필름, 이의 제조 방법, 및 이를 포함하는 반도체 장치{Anisotropic conductive films, a method for preparing the same, and semiconductive devices comprising the same}

본 발명은, 토출부에 복수개의 패턴부가 구비된 코터를 이용해 코팅층을 제조함으로써 코팅층 내 도전성 입자의 분산도가 개선된 이방 도전성 필름, 이의 제조 방법, 및 이를 포함하는 반도체 장치에 관한 것이다.

이방 도전성 필름이란 일반적으로 니켈이나 금 등의 금속 입자 또는 그와 같은 금속들로 코팅된 고분자 입자 등의 전도성 입자를 분산시킨 필름으로서, z-축으로는 전기를 통하는 도전성을, x-y 평면 방향으로는 절연성을 나타내는 필름을 말한다.

이러한 이방 도전성 필름을 접속시키고자 하는 회로 사이에 위치시킨 후 일정 조건의 가열, 가압 공정을 거치면, 회로 단자들 사이는 전도성 입자에 의해 전기적으로 접속되고, 인접 회로와의 사이인 스페이스에는 절연성 접착 수지가 충진되어 전도성 입자가 서로 독립하여 존재하게 됨으로써, 높은 절연성을 부여하게 된다.

최근 디스플레이 매체들의 고화질 구현에 대응하고자 디스플레이 전극 및 회로들 간의 피치가 점차 미세화되고 있어 전극간 쇼트 위험성 혹은 접속저항 증가의 위험성이 높아지고 있다. 이에 따라 도전성 입자의 크기를 줄여 원하지 않는 부분에서 전기가 흐르는 전극간 쇼트 발생을 감소시킬 수 있다. 도전성 입자 크기가 줄어듦에 따라 이방 도전성 조성물 내 도전성 입자가 전체적으로 고루 분포되어 있을 것이 더더욱 요구되고 있다. 도전성 입자를 조성물 내 골고루 분포시키기 위해 종래에는 이방 도전성 필름용 조성물을 제조하고 이를 회전팬이 구비된 교반기에서 기계적으로 혼합시키는 방법(대한민국 특허 등록 제0436577호)을 사용하였으나, 상기 방법은 미세화된 도전성 입자의 분산성 개선에 충분하지 않으며, 균일하게 분포시킨 조성물이라도 계속해서 교반하지 않으면 조성물의 안정성 및 분산성이 저하된다고 하는 문제가 있다.

대한민국 특허 등록 제0436577호

없음

이에 본 발명은 도전성 입자를 이방 도전성 필름의 도전층 내 균일하게 분포시킴으로써 도전성 입자의 분포 편차로 인해 발생할 수 있는 전극간 쇼트 발생률을 감소시키고자 한다.

본 발명은, 코터의 토출부에 복수개의 패턴부를 두어서 도전성 입자가 패턴부로 통과하도록 하고, 이로써 도전성 입자가 정렬되어 이방 도전성 필름의 도전층 내에서 도전성 입자의 분산성을 개선시킬 수 있다.

본 발명의 일 예는,

도전성 입자, 바인더 수지 및 경화부를 포함하는 이방 도전성 조성물을 형성하고,

상기 조성물을, 복수개의 패턴부 및 복수개의 비패턴부를 포함하며 상기 패턴부와 비패턴부가 교번하여 형성된 토출부를 갖는 코터를 이용해 기재 필름 상에 코팅시켜 도전층을 형성하는 것을 포함하는 이방 도전성 필름의 제조 방법에 관한 것이다.

우선, 도전성 입자, 바인더 수지 및 경화부를 기계적 혼합기에서 용매와 함께 혼합시킨다. 예를 들어, 믹서 (예: 스크류 믹서 등) 등을 이용하여 충분히 교반하는 공정을 거쳐 혼합물 형태의 이방 도전성 조성물을 형성한다. 회전 속도는 50 내지 3000 rpm에서 1분 내지 4시간 교반시킬 수 있다. 구체적으로 100 내지 1500 rpm에서 1분 내지 3시간 동안 교반시킬 수 있다.

이후 혼합된 조성물을, 복수개의 패턴부 및 복수개의 비패턴부를 포함하는 토출부를 갖는 코터를 이용해 기재 필름 상에 코팅시킨다. 상기 코터는 코팅액이 배출되는 토출부에 복수개의 패턴부를 포함한다. 패턴부과 이웃하는 패턴부 사이에는 패턴이 형성되지 않은 비패턴부가 존재한다. 또한, 상기 토출부는 상면부와 하면부를 포함하며, 복수개의 패턴부 및 복수개의 비패턴부는 상면부 및/또는 하면부에 형성될 수 있으나, 바람직하게는 상면부에 형성될 수 있다. 상면부와 하면부 사이 간격을 조정함으로써 도전층의 두께를 조절할 수 있다. 예를 들어, 상면부와 하면부 사이의 간격은 약 0.01 ㎛ 내지 5 ㎛, 구체적으로 약 1 ㎛ 내지 약 4 ㎛, 보다 구체적으로 약 1 ㎛ 내지 약 3 ㎛ 이다. 슬롯 다이 코터의 경우, 상면부는 슬롯 다이, 하면부는 다이 립이 될 수 있다. 상기 패턴부는 일정한 모양과 간격을 가지고 코팅 방향에 대해 수직 방향으로 상면부의 토출면에 형성될 수 있다. 상면부의 비패턴부와 하면부 사이는 간격이 좁은 반면, 상면부의 패턴부와 하면부 사이의 간격은 넓으므로, 코팅액이 토출부를 통과할 때 도전성 입자들은 좁은 비패턴부 보다는 통과가 용이한 패턴부 쪽으로 몰리는 현상이 발생한다. 이와 같이 토출부에 복수개의 패턴부를 둠으로써 도전성 입자들을 패턴부를 중심으로 정렬시킬 수 있기 때문에 도전층 내 도전성 입자의 분산도를 높일 수 있다.

이하 상기 코터의 일 예를 도면을 참조하여 보다 구체적으로 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 예에 따른 슬롯 다이 코터(1)를 도시한 사시도이다. 슬롯 다이 코터(1)는 이방 도전성 조성물을 코터에 공급하는 공급부(2), 공급부에서 제공된 조성물을 일시적으로 함유하는 챔버(3), 슬롯 다이(5)와 다이 립(4)를 갖는 토출부(10)로 구성된다. 다른 실시예에서, 상기 공급부(2) 및/또는 상기 챔버(3)는 슬롯 다이(5)나 다이 립(4) 보다 더 높은 곳에 위치하여 토출부로 코팅액을 제공할 수 있다. 도전성 입자를 함유하는 이방 도전성 조성물은 공급부(2)에 제공되고 상기 공급부에서 코터(1) 내부의 챔버(3)로 이동한다. 코터(1)의 토출부의 상면부에는 슬롯 다이(5)가, 하면부에는 다이 립(4)이 형성되어 있으며, 슬롯 다이(5)와 다이 립(4)이 토출부(10)를 구성한다. 슬롯 다이(5)의 토출면에는 패턴부 및 비패턴부(6)가 교대로 형성되어 있다. 챔버(3) 내 이방 도전성 조성물은 슬롯 다이(5)와 다이 립(4) 사이를 통과하여 기재 필름 상에 코팅되며, 이 때, 조성물 내 도전성 입자들은 상하 간격이 좁은 비패턴부 보다는 통과가 용이한 패턴부 쪽으로 몰리게 됨으로써 도전성 입자들을 패턴부를 중심으로 정렬시킬 수 있다.

도 2는 복수개의 패턴부 및 복수개의 비패턴부를 갖는 코터(1)로 기재 필름(7) 상에 도전층(9)이 코팅된 이미지를 도시한 것이다. 도 2는 슬롯 다이(5)에 토출부에 반원 모양의 패턴이 일정 간격으로 형성되어 있어, 슬롯 다이(5)에서 배출된 도전성 입자(8)가 기재 필름(7) 상에서 정렬로 위치함으로써 이방 도전성 필름 내 도전성 입자의 분산도가 개선될 수 있음을 보여준다.

도 3은 슬롯 다이(5)에서 패턴부 및 비패턴부(6)를 보다 자세히 도시한다. 패턴부 및 비패턴부(6)에서 패턴과 패턴의 이격 간격(d), 패턴 높이(h) 및 패턴 폭(l)을 정의할 수 있다. 패턴과 패턴의 이격 간격(d)은 매 패턴마다 동일하거나 상이할 수 있으나, 도전성 입자의 분산도 개선 측면에서 매 패턴마다 동일한 것이 좋다. 패턴의 이격 간격(d)은 도전성 입자 평균 입경의 0.5배 내지 3배일 수 있고, 구체적으로 0.8배 내지 2.5배일 수 있고, 보다 구체적으로 0.8배 내지 2배일 수 있다. 따라서, 패턴의 이격 간격(d)은 예를 들어, 1 ㎛ 내지 30 ㎛의 범위, 또는 1.5 ㎛ 내지 25 ㎛의 범위, 또는 2 ㎛ 내지 20 ㎛의 범위 중에서 도전성 입자의 평균 입경에 따라 적절히 선택될 수 있다. 상기 범위이면 도전성 입자의 분산도를 조절하여 전극 간 쇼트 발생을 방지할 수 있고, 또한, 양호한 접속 신뢰성을 얻을 수 있다.

도 4 내지 도 6은 다른 실시예에 따른 열린 삼각형, 열린 타원형 또는 열린 오각형 모양의 패턴부 및 비패턴부(6)를 갖는 슬롯 다이(5)를 도시한다.

본원에서 도전성 입자의 평균 입경은 적용되는 회로의 피치(pitch)에 따라 0.5 내지 30 ㎛, 구체적으로는 1 내지 10 ㎛ 범위에서 용도에 따라 선택하여 사용할 수 있다. 보다 구체적으로는 2 ㎛ 내지 6㎛, 특히 2 ㎛ 내지 5㎛ 일 수 있다.

상기 패턴의 모양은 반원형, 반타원형, 열린 삼각형, 열린 사각형, 열린 육각형 또는 열린 오각형의 모양일 수 있으나, 도전성 입자의 원활한 배출을 위해 반원형 혹은 반타원형인 것이 좋다. 상기 패턴의 높이(h)는 도전성 입자 평균 입경의 0.4배 내지 1.5배, 구체적으로 0.5배 내지 1배일 수 있다. 따라서, 패턴의 높이(h)는 예를 들어, 0.8 ㎛ 내지 15 ㎛의 범위, 또는 1 ㎛ 내지 10 ㎛의 범위 중에서 도전성 입자의 평균 입경에 따라 적절히 선택될 수 있다. 상기 패턴 폭(l)은 도전성 입자의 평균 입경의 0.8 내지 1.8배, 구체적으로 1배 내지 1.5배일 수 있다. 따라서, 패턴의 폭(l)은 예를 들어, 1.6 ㎛ 내지 18 ㎛의 범위, 또는 2 ㎛ 내지 15 ㎛의 범위 중에서 도전성 입자의 평균 입경에 따라 적절히 선택될 수 있다.패턴의 높이 및 패턴 폭이 상기 범위이면 도전성 입자가 비패턴부보다는 패턴부를 주로 통과하게 되어 도전성 입자의 분산도를 개선시킬 수 있다.

상기 코터의 종류로는 토출부에 패턴부를 구비할 수 있는 것이라면 특별히 제한되지 않고, 예를 들어, 슬롯 다이 코터, 콤마 코터, 그라비어코터, 마이크로그라비어코터 등을 들 수 있으며, 바람직하게는 슬롯 다이 코터일 수 있다. 상기 방법에 의해 형성된 도전층의 두께는 도전성 입자의 평균 입경의 0.8배 내지 1.5배일 수 있다. 예를 들어, 1.0 ㎛ 내지 15 ㎛일 수 있으며, 보다 구체적으로 1.6 내지 10 ㎛의 범위일 수 있다.

본원에서 사용될 수 있는 도전성 입자는 예를 들어, Au, Ag, Ni, Cu, Pb 등을 포함하는 금속 입자, 탄소 입자, 고분자 수지에 금속이 코팅된 입자 또는 고분자 수지에 금속이 코팅된 입자 표면에 절연화 처리된 입자 등을 사용할 수 있다. 상기 고분자 수지로는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에스테르, 폴리스타이렌, 폴리비닐알코올 등을 사용할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 고분자 수지를 코팅하는 금속으로는 Au, Ag, Ni, Cu, Pb 등을 들 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 구체적으로 살펴보면, OLB(Outer Lead Bonding)의 경우에는 피착제가 ITO(Indium Tin Oxide) 글래스면이므로 이방성 도전 필름의 접속공정에서 발생하는 압력에 의해 ITO에 손상을 입히지 않도록 코어 부분이 플라스틱 성분으로 된 도전성 입자를 사용할 수 있으며, PCB 기판을 접속하는 경우에는 Ni 등의 금속 입자를 사용할 수 있고, PDP(Plasma Display Panel)의 경우에는 회로에 가해지는 전압이 매우 높으므로 Ni 등의 금속 입자에 금(Au)이 도금된 도전성 입자를 사용할 수 있고, COG(Chip On Glass) 또는 피치가 좁은 COF(Chip On Film)의 경우에는 도전성 입자 표면에 열가소성 수지가 피복된 절연 도전성 입자를 사용할 수 있다.

본원에서 사용될 수 있는 용매, 바인더 수지 및 경화부는 도전성 필름에 통상 사용되는 성분을 사용할 수 있다. 바인더 수지는 이방 도전성 필름을 형성시키는데 필요한 매트릭스 역할을 하는 것으로 열가소성 수지를 사용할 수 있다. 열가소성 수지로는 아크릴로 니트릴계, 페녹시계, 부타디엔계, 아크릴레이트계, 우레탄계, 폴리아미드계, 올레핀계, 실리콘계, NBR(니트릴 부타디엔 러버)계 수지로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또는, 바인더 수지로 올레핀계 수지, 아크릴로니트릴 부타디엔 공중합체, 카르복실말단 아크릴로니트릴 부타디엔 공중합체, 폴리이미드 수지, 폴리에스테르계 수지, 폴리비닐부티랄 수지, 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체, 스타이렌-부티렌-스타이렌(SBS) 수지, 스타이렌-에틸렌-부틸렌-스타이렌(SEBS) 수지, 에폭시계 수지 또는 페녹시계 수지 중 어느 하나 이상이 사용될 수 있다.

경화부로는 양이온 중합성 수지 및 양이온 중합 촉매를 포함할 수 있다. 본원에서 사용될 수 있는 양이온 중합성 수지는 특별히 한정되지 않으며, 종래부터 전자 재료의 접착에 사용되는 양이온 중합성 수지를 사용할 수 있다. 양이온 중합성 수지의 예로는 양이온 중합성 비닐 화합물, 환상 락톤류, 환상 에테르류 등을 들 수 있다. 상기 양이온 중합성 비닐 화합물로는 스티렌, 비닐 에테르 등을 들 수 있다. 환상 에테르류로서는, 에폭시 화합물, 옥세탄 화합물, 스피로오르토 에스테르류 등을 들 수 있다.

특히 에폭시 수지, 구체적으로, 열 경화형 에폭시 수지를 사용할 수 있으며, 예를 들어, 에폭시 당량이 통상 90 내지 5000 g/eq정도이고, 분자 중에 2 이상의 에폭시기를 갖는 에폭시 수지를 사용할 수 있다.

열 경화형 에폭시 수지로 비스페놀형, 노볼락형, 글리시딜형, 지방족, 지환족 및 방향족 에폭시 수지로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있으나, 이들에 한정되는 것은 아니다. 또한, 상온에서 고상인 에폭시 수지와 상온에서 액상인 에폭시 수지를 병용할 수 있으며, 여기에 추가로 가요성 에폭시 수지를 병용할 수 있다. 상기 고상의 에폭시 수지로서는 페놀 노볼락(phenol novolac)형 에폭시 수지, 크레졸 노볼락(cresol novolac)형 에폭시 수지, 디사이클로 펜타디엔(dicyclo pentadiene)을 주골격으로 하는 에폭시 수지, 비스페놀(bisphenol) A형 혹은 F형의 고분자 또는 변성한 에폭시 수지 등을 들 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니며, 상온에서 액상의 에폭시 수지로는 비스페놀 A형 혹은 F형 또는 혼합형 에폭시 수지 등을 들 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 가요성 에폭시 수지의 예로는 다이머산(dimer acid) 변성 에폭시 수지, 프로필렌 글리콜(propylene glycol)을 주골격으로 한 에폭시 수지, 우레탄(urethane) 변성 에폭시 수지 등을 들 수 있다. 상기 방향족 에폭시 수지는 나프탈렌계, 안트라센계, 피렌계 수지로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있으나, 이들에 한정되는 것은 아니다.

구체적으로, 수소화 에폭시 수지를 사용할 수 있으며, 예를 들어, 하기 화학식 1의 수소화 비스페놀 A(Hydrogenated Bisphenol A)형 에폭시 모노머, 또는 하기 화학식 2의 수소화 비스페놀 A형 에폭시 올리고머를 사용할 수 있다.

[화학식 1]

[화학식 2]

상기 화학식 2에서,

n은 1 내지 50이다.

상기 화학식 1의 수소화 비스페놀 A형 에폭시 모노머 또는 상기 화학식 2의 수소화 비스페놀 A형 에폭시 올리고머는, 비스페놀 A형 에폭시를 사용할 때 보다 치밀한 구조를 형성함으로써 내습성 및 내열성이 뛰어나 접속 신뢰성이 향상된 이방성 도전 필름 조성물을 제공할 수 있다.

양이온 중합 촉매는 양이온 중합성 수지의 경화를 촉매할 수 있는 것이면 제한되지 않지만, 예를 들어, 설포늄계, 이미다졸계, 이소시아네이트계, 아민계, 아미드계, 페놀계 또는 산무수물계 경화제 등을 사용할 수 있으며, 이들은 단독 또는 2 종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.

또는, 경화부로 (메트)아크릴레이트계 올리고머 혹은 (메트)아크릴레이트계 모노머와 같은 (메트)아크릴레이트계 중합성 물질, 및 라디칼 개시제를 사용할 수 있다. (메트)아크릴레이트계 모노머의 예로는 6-헥산디올 모노(메타)아크릴레이트, 2-히드록시에틸(메타)아크릴레이트, 2-히드록시프로필(메타)아크릴레이트, 2-히드록시부틸(메타)아크릴레이트, 2-히드록시-3-페닐옥시프로필(메타)아크릴레이트, 1,4-부탄디올(메타)아크릴레이트, 2-히드록시알킬(메타)아크릴로일포스페이트, 4-히드록시시클로헥실(메타)아크릴레이트, 네오펜틸글리콜모노(메타)아크릴레이트, 트리메틸올에탄디(메타)아크릴레이트, 트리메틸올프로판디(메타)아크릴레이트 등을 들 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. (메트)아크릴레이트계 올리고머의 예로는 에폭시 (메타)아크릴레이트계로서 중간의 분자구조가 2-브로모히드로퀴논, 레졸시놀, 카테콜, 비스페놀 A, 비스페놀 F, 비스페놀 AD, 비스페놀 S 등의 비스페놀류, 4,4'-디히드록시비페닐, 비스(4-히드록시페닐)에테르 등의 골격으로 된 것과, 알킬기, 아릴기, 메틸올기, 알릴기, 환상 지방족기, 할로겐(테트라브로모비스페놀 A), 니트로기 등으로 이루어진 (메타)아크릴레이트 올리고머를 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

라디칼 개시제로는 광중합형 개시제 또는 열경화형 개시제 중 1종 이상을 조합하여 사용할 수 있다. 광중합형 개시제로는 벤조페논, o-벤조일안식향산메틸, 4-벤조일-4-메틸디페닐황화물, 이소프로필티오크산톤, 디에틸티오크산톤, 4-디에틸안식향산에틸, 벤조인에테르, 벤조일프로필에테르, 2-히드록시-2-메틸-1페닐프로판-1-온, 디에톡시아세토페논 등이 사용될 수 있지만, 이들에 제한되는 것은 아니다. 열경화형 개시제로는 퍼옥시드계와 아조계를 사용할 수 있는데, 이들에 제한되는 것은 아니다. 퍼옥시드계로는 벤조일퍼옥시드, 라우릴퍼옥시드, t-부틸터옥시라우레이트, 1,1,3,3-4-메틸부틸퍼옥시-2-에틸헥사노에이트 등을 사용할 수 있다.

용매로는 메틸에틸케톤, 톨루엔 등과 같이 이방 도전성 조성물의 물성에 영향을 주지 않으면서 필름상 코팅 후 열에 의해 신속히 휘발되고, 고분자 바인더 등에 대해 용해도가 높은 성분을 사용할 수 있다.

기재 필름은 예를 들어, 폴리에스테르 필름 혹은 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름일 수 있다.

이어서, 상기 코팅된 조성물을 추가로 건조시킬 수 있다. 상기 건조 공정은, 도전층 내 잔류하는 용매를 휘발시키기 위한 것으로 40 내지 100℃에서 1분 내지 30분간 열풍 건조, 예를 들어, 40 내지 90 ℃에서 1분 내지 10분간 열풍 건조하는 것을 포함할 수 있다. 보다 구체적으로 상기 건조 조건은 50 내지 80 ℃에서 3분 내지 7분간 오븐 내 열풍 건조하는 것을 포함할 수 있다

또한, 무용제 타입으로 자외선, 적외선 등의 에너지 조사에 의한 경화가 가능한 조성물은 건조 공정이 필요 없을 수도 있다.

상기 제조 방법에 의해 제조된 이방 도전성 필름은 분산성이 개선된 도전성 입자의 분포를 갖는다. 도전성 입자의 분산 효과는 도전층의 두께가 얇을수록 효과적이며, 예를 들어, 이방 도전성 조성물의 분산도가 동일할 때 도전층의 두께가 3 ㎛인 경우가 5㎛ 인 경우에 비해 상기 방법에 의해 코팅시 필름 내 도전성 입자의 분산도가 증가하는 경향이 있다.

본 발명의 또 다른 예는, 도전성 입자, 바인더 수지 및 경화부를 함유하는 도전층을 포함하고, 식 1로 계산된 상기 도전층 내 도전성 입자의 분산도(σ²)가 2 내지 10의 범위이며, 상기 도전층의 두께가 상기 도전성 입자 평균 직경의 0.8배 내지 1.5배인, 이방 도전성 필름에 관한 것이다.

[식 1]

상기 식 1에서, x_k는 x1 내지 x9를 나타내며, 각 x_k는 도전층 포함하는 이방 도전성 필름의 초기, 중기, 말기, 및 좌, 중, 우 각 9부분에 대하여 광학현미경의 100배 렌즈를 이용하여 필름에 분산된 도전입자 이미지를 투과모드로 촬영하고, 촬영된 이미지를 이미지 사이즈 측정 프로그램을 이용하여 가로 32.01 ㎛, 세로 31.25 ㎛의 1000.3125 ㎛² 면적 내에서 측정된 도전성 입자 개수를 의미하며, m은 상기 9개 부분의 도전성 입자 개수의 평균값을 의미하며, n은 9이다.

상기 도전층 내 도전성 입자의 분산도는 구체적으로 2 내지 8, 보다 구체적으로 2 내지 6일 수 있다. 분산도가 상기 범위이면 접속시 전극에 접속되는 유효 도전성 입자의 수가 증가되어 전극간 쇼트가 발생하지 않고 접속 저항이 감소될 수 있다.

본원에서 도전층은 도전성 입자를 함유하는 코팅층을 의미하며, 구체적으로 도전층은 도전성 입자, 바인더 수지 및 경화부를 함유할 수 있다. 본원의 이방 도전성 필름은 기재 필름 외에 상기 도전층의 한 층으로만 구성되거나, 상기 도전층의 일면 혹은 양면에, 도전성 입자를 포함하지 않는 절연성 수지층이 형성된 2층 내지 4층 구조일 수 있다. 예를 들어, 이방 도전성 필름은 도전층과 절연성 수지층이 적층된 2층 구조이거나, 도전층의 양면에 각각 제1 절연성 수지층 및 제2 절연성 수지층이 적층된 3층 구조이거나, 도전층의 양면에 각각 제1 절연성 수지층 및 제2 절연성 수지층이 적층되고, 상기 절연성 수지층 중 어느 하나에 다른 제3 절연성 수지층이 적층된 4층 구조일 수 있다.

2층 구조인 경우 절연성 수지층의 두께가 도전층의 두께보다 클 수 있으며, 구체적으로, 절연성 수지층의 두께가 도전층 두께의 1배 내지 4배의 범위일 수 있다. 상기 범위에서 인접 회로 간에 절연 수지가 충분히 충진되어 양호한 절연성 및 접착성을 나타낼 수 있다.

3층 구조인 경우, 제1 절연성 수지층의 두께는 2 ㎛ 이하이고, 제2 절연성 수지층의 두께는 7 내지 18 ㎛의 범위일 수 있으며, 도전층의 두께는 도전성 입자의 입경의 0.5배 내지 2배일 수 있다. 더 구체적으로, 제1 절연성 수지층의 두께는 1 ㎛ 이하이고, 제2 절연성 수지층의 두께는 7 내지 15 ㎛의 범위일 수 있다.

본 발명의 또 다른 일 예는,

제1 전극을 함유하는 제1 피접속부재;

제2 전극을 함유하는 제2 피접속부재; 및

상기 제1 피접속부재와 상기 제2 피접속부재 사이에 위치하여 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극을 접속시키는, 본원에 기재된 이방 도전성 필름을 포함하는, 반도체 장치에 관한 것이다.

일 양태에서, 상기 제1 피접속부재 및 상기 제2 피접속부재는 재료, 두께, 치수 및 물리적 상호연결성 면에서 구조적으로 유사할 수 있다. 상기 제1 피접속부재와 제2 피접속부재의 두께는 약 20 내지 100μm이다. 다른 양태에서, 상기 제1 피접속부재 및 상기 제2 피접속부재는 재료, 두께, 치수 및 물리적 상호연결성 면에서 구조적으로 및 기능적으로 유사하지 않을 수 있다. 상기 제1 피접속부재 또는 상기 제2 피접속부재의 예로는 글래스, PCB(Printed Circuit Board), FPCB, COF, TCP, ITO 글래스 등을 들 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 제1 전극 혹은 상기 제2 전극은 돌출 전극 혹은 평면 전극의 형태일 수 있다. 돌출 전극의 경우 전극의 높이(H), 폭(W) 및 전극과 전극 사이의 간격(G)이 존재하며, 전극의 높이(H)는 약 2.50 μm 내지 10 μm, 전극의 폭(W)은 약 10 내지 90μm, 전극과 전극 사이의 간격(G)은 약 10 내지 110 μm의 범위일 수 있다. 바람직하게는, 전극의 높이(H)는 약 2.50 내지 9 μm, 전극의 폭(W)은 약 5 내지 80μm, 전극과 전극 사이의 간격(G)은 약 5 내지 80 μm의 범위일 수 있다.

평면 전극의 경우 두께는 500 내지 1200Å의 범위일 수 있다.

상기 제1 전극 또는 제2 전극으로는 ITO, 구리, 실리콘, IZO 등이 사용될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.

바람직하게는 평면전극의 두께는 800내지 1200Å, 돌출전극의 높이는 6 내지 10㎛이다. 이때, 절연층의 두께가 4 내지 20㎛이면 충분한 접착력을 나타낼 수 있다. 보다 바람직하게는 평면전극의 높이는 1000Å 돌출전극의 높이는 8㎛이고, 이 때 절연층의 두께는 6 내지 12㎛이다.

도 7에 따르면 본 발명의 일 예에 따른 도전층으로 서로 접속된 제1 전극(70) 및 제2 전극(80)을 포함하는 제1 피접속부재(50)와 제2 피접속부재(60)를 포함하는 반도체 장치를 도시한다. 상기 도전층(9)은 도전성 입자(8)를 포함하며, 제1 전극(70)이 형성된 제1 피접속부재(50)와 제2 전극(80)이 형성된 제2 피접속부재(60) 사이에 상기 도전층(9)을 위치시키고 압착시키면 제1 전극(70)와 제2 전극(80)이 도전성 입자(8)를 통해 서로 접속된다.

본 발명에 따른 아방 도전성 필름의 제조 방법은 도전성 입자가 이방 도전성 필름의 도전층 내 균일하게 분포되게 함으로써 도전성 입자의 분포 편차로 인해 발생할 수 있는 전극간 쇼트 발생률을 감소시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 예에 따른 슬롯 다이 코터(1)를 도시한 사시도이다.
도 2는 복수개의 패턴부 및 복수개의 비패턴부(6)를 갖는 코터(1)로 기재 필름(7) 상에 도전성 입자(8)를 함유하는 이방 도전성 조성물(9)을 코팅한 이미지를 도시한 것이다.
도 3 내지 도 6은, 각각 반원, 열린 삼각형, 열린 타원형, 열린 오각형 모양의 패턴부 및 비패턴부(6)를 갖는 슬롯 다이(5)의 개략도이다.
도 7은 본 발명의 일 예에 따른 이방 도전성 필름에 의해 접속된 반도체 장치의 단면도이다.

이하, 실시예, 비교예 및 실험예를 기술함으로써 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 다만, 하기의 실시예, 비교예 및 실험예는 본 발명의 일 예시에 불과하며, 본 발명의 내용이 이에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다.

실시예 1: 이방 도전성 필름의 제조

(1) 절연층 조성물의 제조

제1 바인더 수지(비스페놀A 페녹시 수지, 제조원:유니온 카바이드, 제품명: PKHH, 중량 평균 분자량 50,000) 10중량%, 제2 바인더 수지(제조원: 오사카 가스(Osaka gas), 제품명: EG200) 25 중량%, 제1 에폭시 수지(제조원: 미쓰비시, 제품명: JER-8404) 15 중량%, 제2 에폭시 수지(아래 화학식 1의 수소화 에폭시 수지) 45 중량%를 배합하여 자전공전식 믹서를 사용해 교반속도 및 시간을 1200rpm, 5분으로 경화하고, 이후 양이온 경화제(제조원: 삼신화학, 제품명: SI-60L)를 5 중량%로 투입한 후 자전공전식 믹서를 사용해 교반속도 및 시간을 1200rpm, 1분간 교반하여 절연층 조성물을 형성하였다. 교반이 완성된 절연층 조성물을 이형 필름인 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름에 코팅하고 70℃에서 5분 동안 열풍 건조시켜 두께 12 ㎛인 절연층을 제조하였다.

[화학식 1]

(2) 이방 도전성 조성물의 제조

제2 바인더 수지(제조원: 오사카 가스(Osaka gas), 제품명: EG200) 40 중량%, 제1 에폭시 수지(제조원: 미쓰비시, 제품명: JER-8404) 10 중량%, 제2 에폭시 수지(상기 화학식 1의 수소화 에폭시 수지) 13 중량%, 양이온 경화제(제조원: 삼신화학, 제품명: SI-60L)를 2 중량%로 조정하고, 추가로 3 ㎛의 도전입자(AUL704, 세끼수이화학)를 35 중량%를 첨가하여 자전공전식 믹서를 사용해 교반속도 및 시간을 1200rpm, 3분으로 용해 및 분산시켜 코팅용 이방 도전성 조성물을 제조하였다.

(3) 1층 구조의 이방 도전성 필름의 제조

상기 제조된 코팅제 조성물을 반지름이 2.0 ㎛인 반원 모양의 패턴과 3㎛의 비패턴부가 규칙적으로 배열한 입구를 가진 슬롯다이(도 3 참조)를 이용해 기재필름(제조사: Nippa Corporation社, 중, 경박리력이 각각 240, 30 mN/25㎜인 50 ㎛ 두께의 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름) 에 4㎛의 코팅층이 형성되도록 코팅하고 70℃의 열풍 순환식 오븐에서 5분간 건조하여 2.6㎛ 두께의 도전층을 갖는 1층 구조의 이방 도전성 필름을 제조하였다.

실시예 2

상기 실시예 1에서 반원형태가 아닌 높이방향이 3.0㎛이고 길이 방향이 4.0㎛의 열린삼각형 모양의 패턴(도 4 참조)인 것을 제외하고는 동일하게 실시하여 실시예 2의 이방 도전성 필름을 제조하였다.

실시예 3

상기 실시예 1에서 반원형태가 아닌 높이 방향이 1.5㎛이고 길이방향이 4.0㎛ 열린타원 모양의 패턴(도 5 참조)인 것을 제외하고는 동일하게 실시하여 실시예 3의 이방 도전성 필름을 제조하였다.

실시예 4

상기 실시예 1에서 반원형태가 아닌 높이 방향이 3.0㎛이고 길이방향이 4.0㎛의 열린 오각형 구조(도 6 참조)의 패턴인 것을 제외하고는 동일하게 실시하여 실시예 4의 이방 도전성 필름을 제조하였다.

실시예 5

상기 실시예 1에서 도전성 입자의 평균 입경이 4 ㎛인 것을 사용한 것을 제외하고는 동일하게 실시하여 실시예 5의 이방 도전성 필름을 제조하였다.

비교예 1

상기 실시예 1에서 토출부에 패턴이 없는 코터를 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하여 비교예 1의 이방 도전성 필름을 제조하였다.

(4) 2층 구조의 이방 도전성 필름의 제조

상기 실시예 1 내지 실시예 5 및 비교예 1에서 제조한 이방 도전성 필름의 도전층에 상기 실시예 1의 절연층을 적층하여 2층 구조의 이방 도전성 필름을 각각 제조하였다.

상기 실시예 1 내지 실시예 5의 도전층 형성에 사용된 코팅기의 패턴 모양, 패턴 높이, 패턴 폭, 패턴 간격(또는 비패턴부 길이), 코팅 속도, 도전성 입자의 평균 입경, 도전층 두께를 아래 표 1에 정리하였다.

	패턴 모양	패턴 높이 및 패턴 폭(㎛)		패턴 간격(㎛)	코팅 속도 (mpm)	도전층 두께 (㎛)	도전성 입자 평균 입경(㎛)
		높이	폭	3			3
실시예 1	도 3	2	4	3	1.3	2.6	3
실시예 2	도 4	3	4	3	1.3	2.8	3
실시예 3	도 5	3	4	3	1.3	2.8	3
실시예 4	도 6	1.5	4	3	1.3	2.5	3
실시예 5	도 3	3	6	3	1.3	3.3	4
비교예 1	미사용	-	-	-		4.0	3

실험예

도전성 입자의 평균 입경, 도전성 입자의 분산도는 상기 실시예 1 내지 5 및 비교예 1에서 제조된 1층 구조의 이방 도전성 필름에 대해 아래 기재된 바와 같이 측정하고, 접속저항 및 절연저항은 상기 제조된 2층 구조의 이방 도전성 필름에 대해 하기와 같은 방법으로 측정하고 그 결과를 표 2에 나타내었다.

1. 도전성 입자의 평균 입경

도전층 포함하는 이방 도전성 필름에 대해 광학현미경의 100배 렌즈를 이용하여 필름에 분산된 도전입자 이미지를 투과모드로 촬영한다. 촬영된 이미지를 이미지 사이즈 측정 프로그램을 이용하여 가로 32.01 ㎛, 세로 31.25 ㎛ 단위로 잘라서 1000.3125 ㎛² 면적 내 모든 도전성 입자의 입경을 측정하고 이의 평균을 구한다.

2. 분산도

상기 실시예 1 내지 5 및 비교예 1에서 제조된 이방 도전성 필름 내 도전성 입자의 분산도를 다음과 같이 측정하고 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.

도전층 포함하는 이방 도전성 필름의 초기/중기/말기, 좌/중/우 각 9부분에 대하여 광학현미경의 100배 렌즈를 이용하여 필름에 분산된 도전입자 이미지를 투과모드로 촬영한다. 촬영된 이미지를 이미지 사이즈 측정 프로그램을 이용하여 가로 32.01 ㎛, 세로 31.25 ㎛ 단위로 잘라서 1000.3125 ㎛² 면적이 되게 하여 나눠준 후 각 면적에 해당하는 도전입자 개수를 센다.

관측된 도전입자 개수 {x1, x2,..., x9}의 평균값을 m이라 하면, 표준편차 σ는 다음 식으로 주어진다.

측정하고자 하는 분산도는 σ²으로 나타낼 수 있다.

3. 접속저항

이방성 도전 필름의 초기 및 신뢰성 후 접속저항을 측정하기 위하여 하기의 방법을 수행하였다.

이방성 도전 필름 각각을 상온(25℃)에서 1시간 동안 방치시킨 후, 0.5 t 글라스에 ITO층을 1000Å으로 피막한, 패턴 없는 글라스에 4단차 측정 가능한 패턴을 형성한 COF(삼성전자)를 이용하여 실측 온도 70℃ 1초 1MPa로 가압착 한 후 150℃ 5초 70MPa의 본압착 조건으로 접속하여 상기 각각의 시편을 10개씩 준비하고, 이들 각각을 4단자 측정 방법으로 초기 접속 저항을 측정(ASTM F43-64T 방법에 준함)하여 평균값을 계산하였다.

이후 상기 각각의 10개의 시편을, 온도 85℃, 상대 습도 85%의 조건하에서 500 시간 동안 방치하여 고온, 고습 신뢰성 평가를 진행한 후 이들 각각의 신뢰성 후 접속 저항을 측정(ASTM D117에 준함)하여 평균값을 계산하였다.

4. 절연저항

이방 도전성 필름을 2mmX25mm로 잘라서 절연저항 평가 자재에 각각 본딩하여 평가하였다. 이때, 0.5㎜두께 유리기판상에 70℃-1MPa-1sec 조건으로 가열/가압해 이방 도전성 필름을 가압착하고 PET필름을 벗겨 유리기판상에 ACF를 배치했다. 그 다음 칩(칩 길이 19.5㎜, 칩 폭 1.5㎜, 범프 간격 8㎛)를 얼라인하여 배치한 후, 150℃-70MPa-1sec 조건으로 본압착을 실시하였다. 여기에 50V를 인가하며 2 단자법으로 총 38포인트에서 쇼트 발생 여부를 검사하였다.

	분산도	접속저항(Ω)	신뢰성 평가후 접속저항(Ω)	절연저항(Ω) (쇼트발생 point)
실시예1	3.78	0.42	1.41	0
실시예2	3.21	0.44	1.71	0
실시예3	4.12	0.44	1.53	0
실시예4	3.5	0.43	1.42	0
실시예 5	2.45	0.45	1.22	0
비교예1	15.78	0.48	2.1	11

상기 표 2의 결과로부터 확인할 수 있듯이, 토출부에 일정 패턴을 가진 코터를 사용해 코팅된 실시예 1 내지 실시예 5의 이방 도전성 필름의 경우 도전성 입자의 분산도가 2~10 범위로 양호하고 전극간 쇼트가 발생하지 않고 접속 저항이 10Ω이하로 낮은 반면, 패턴이 없는 코터를 사용하여 제조된 비교예 1의 이방 도전성 필름은 도전성 입자의 분산도가 10 이상으로 분산 상태가 좋지 않고, 접속 저항은 10 Ω 이하로 양호하나 절연 저항이 11개의 포인트에서 쇼트가 발생하는 등 상기 실시예들에 비해 열등한 결과가 얻어졌다.

1 슬롯 다이 코터
2 공급부
3 챔버
4 다이 립
5 슬롯 다이
6 패턴부 및 비패턴부
7 기재 필름
8 도전성 입자
9 도전층
10 토출부
50 제1 피접속부재
60 제2 피접속부재
70 제1 전극
80 제2 전극

Claims (12)

1. 도전성 입자, 바인더 수지 및 경화부를 포함하는 이방 도전성 조성물을 형성하고,
   상기 조성물을, 복수개의 패턴부 및 복수개의 비패턴부를 포함하며 상기 패턴부와 비패턴부가 교번하여 형성된 토출부를 갖는 코터를 이용해 기재 필름 상에 코팅시켜 도전층을 형성하는 것을 포함하는, 이방 도전성 필름의 제조 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 패턴부가 이웃하는 패턴부와 일정 간격으로 이격되어 있는 제조 방법.
3. 제2항에 있어서, 상기 패턴의 이격 간격이 도전성 입자 평균 입경의 0.5배 내지 3배인 제조 방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 패턴부가 반원형, 반타원형, 열린 삼각형, 열린 사각형, 열린 오각형 또는 열린 육각형의 패턴을 갖는, 제조 방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 도전성 입자의 평균 입경이 1 내지 10 ㎛인, 제조 방법.
6. 제1항에 있어서, 상기 패턴부의 패턴 높이가 도전성 입자 평균 입경의 0.4배 내지 1배이고, 패턴 폭이 도전성 입자의 평균 입경의 0.8 내지 1.8배인, 제조 방법.
7. 제1항에 있어서, 상기 도전층의 두께가 도전성 입자의 평균 입경의 0.8배 내지 1.5배인, 제조 방법.
8. 제1항에 있어서, 상기 코팅 후 건조하는 것을 추가로 포함하며, 상기 건조가 40 내지 100℃에서 1분 내지 30분간 열풍 건조하는 것을 포함하는, 제조 방법.
9. 도전성 입자, 바인더 수지 및 경화부를 함유하는 도전층을 포함하고, 식 1로 계산된 상기 도전층 내 도전성 입자의 분산도(σ²)가 2 내지 10의 범위이며, 상기 도전층의 두께가 상기 도전성 입자 평균 직경의 0.8배 내지 1.5배인, 이방 도전성 필름.
   [식 1]
   

   

   
   상기 식 1에서, x_k는 x1 내지 x9를 나타내며, 각 x_k는 도전층 포함하는 이방 도전성 필름의 초기, 중기, 말기, 및 좌, 중, 우 각 9부분에 대하여 광학현미경의 100배 렌즈를 이용하여 필름에 분산된 도전입자 이미지를 투과모드로 촬영하고, 촬영된 이미지를 이미지 사이즈 측정 프로그램을 이용하여 가로 32.01 ㎛, 세로 31.25 ㎛의 1000.3125 ㎛² 면적 내에서 측정된 도전성 입자 개수를 의미하며, m은 상기 9부분의 도전성 입자 개수의 평균값을 의미하며, n은 9이다.
10. 제9항에 있어서, 상기 도전층이 복수개의 패턴부를 포함하는 토출부를 갖는 코터로 형성된 것인, 이방 도전성 필름.
11. 제9항에 있어서, 상기 도전층의 일면 혹은 양면에 형성된 절연성 수지층을 추가로 포함하는, 이방 도전성 필름.
12. 제1 전극을 함유하는 제1 피접속부재;
    제2 전극을 함유하는 제2 피접속부재; 및
    상기 제1 피접속부재와 상기 제2 피접속부재 사이에 위치하여 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극을 접속시키는 제9항 내지 제11항 중 어느 하나의 항에 기재된 도전층을 포함하는, 반도체 장치.
    

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