KR20160050591A - 이방 도전성 필름 및 이를 이용한 반도체 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 융점이 140℃ 이하인 금속합금입자, 및 절연 처리된 도전 입자를 포함하는 이방 도전성 필름 및 이에 의해 접속된 반도체 장치에 관한 것이다.
Description
본 발명은 이방 도전성 필름 및 이를 이용한 반도체 장치에 관한 것이다.
이방 도전성 필름(Anisotropic conductive film, ACF)이란 일반적으로 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. 이방 도전성 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 도전 입자가 서로 독립하여 존재하게 됨으로써 높은 절연성을 부여하게 된다.
미세 피치(fine pitch)를 갖는 전극의 접속시 미세 피치로 인해 전극에 쇼트가 발생할 가능성이 높다. 이를 방지하기 위해 절연 처리된 도전 입자를 사용하는 방법이 제안되었다. 이러한 절연 처리에 의해 전극간 쇼트 발생은 줄일 수 있으나 절연화 처리로 인해 접속 저항이 증가되는 문제가 있다.
따라서 미세 피치를 갖는 전극 접속용 이방 도전성 필름에서 절연저항과 접속저항 특성 모두를 만족시킬만한 새로운 이방 도전성 필름의 개발이 요구된다.
본 발명의 목적은 절연 처리된 도전 입자 및 융점이 140℃ 이하인 금속합금입자를 포함함으로써, 미세 피치(fine pitch)에서도 우수한 접속특성을 나타내는 이방 도전성 필름을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 예에서, 융점이 140℃ 이하인 금속합금입자, 및 절연 처리된 도전 입자를 포함하는 이방 도전성 필름이 제공된다.
본 발명의 다른 예에서, 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 필름에 의해 접속된 반도체 장치가 제공된다.
본 발명의 일 예들에 따른 이방 도전성 필름은, 절연 처리된 도전 입자 및 융점이 140℃ 이하인 금속합금입자를 포함함으로써, 미세 피치에서도 절연 저항이 우수하고 초기 및 신뢰성 평가 후 접속 저항이 낮으며, 전극간 쇼트 발생 가능성이 낮은 이점이 있다.
도 1은 제1 전극(70)을 함유하는 제1 피접속부재(50)와, 제2 전극(80)을 포함하는 제2 피접속부재(60), 및 상기 제1 피접속부재와 상기 제2 피접속부재 사이에 위치하여 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극을 접속시키는 본원에 기재된 이방 도전성 필름을 포함하는, 본 발명의 일 예에 따른 반도체 장치(30)의 단면도이다.
이하, 본 발명에 대하여 보다 상세히 설명한다. 본 명세서에 기재되지 않은 내용은 본 발명의 기술 분야 또는 유사 분야에서 숙련된 자이면 충분히 인식하고 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략한다.
본 발명의 일 예는, 융점이 140℃ 이하인 금속합금입자, 및 절연 처리된 도전 입자를 포함하는 이방 도전성 필름에 관한 것이다.
금속합금입자
본 발명에서 사용될 수 있는 금속합금입자는 융점이 140℃ 이하인 것으로서, Sn, Sb, Pb, Ag, Bi, In, An, Cd, Mn, Fe, Zn, Al, 및 As로 이루어진 군으로부터 2개 이상 선택된 금속을 합금하여 제조된 것일 수 있다. 구체적으로는 Sn, Bi, In, An 및 Sb로 이루어진 군으로부터 선택된 2개 이상의 금속을 합금하여 제조될 수 있다. 구체예에서, 상기 금속합금입자는 Sn-Bi, Sn-In, An-Bi, 또는 Sn-An일 수 있다.
상기 금속합금입자의 융점은 구체적으로 70℃ 내지 140℃, 보다 구체적으로는 80℃ 내지 140℃의 범위일 수 있다. 전극부의 온도는 스페이스부의 온도보다 높은 경향이 있으며 금속합금입자의 융점이 140℃ 이하인 것은, 상기 전극부와 스페이스부 인근의 온도 차이로 인해 전극부 부근에서는 용융되는 반면 스페이스부 부근에서는 상대적으로 덜 용융됨으로써 접속 특성 및 절연 특성을 모두 개선시키는 것과 관련이 있다. 전극부 부근에서 금속합금입자가 용융되면 절연 처리된 도전입자와 연결되어 접속 특성이 개선되는 반면, 스페이스부 부근에서는 상대적으로 적게 용융되므로 절연성 면에서 유리할 수 있다.
상기 금속합금입자의 형상은 구상, 판상 또는 침상일 수 있으며, 구체적으로는 구상 또는 판상일 수 있다.
상기 금속합금입자의 입경은 1 내지 10μm일 수 있다. 구체적으로, 3 내지 6μm의 크기일 수 있다. 상기 범위에서 접속 개선 특성 및 절연성이 모두 양호할 수 있다.
상기 금속합금입자는 이방 도전성 필름의 고형분 총 중량에 대하여 5 내지 30중량%로 포함될 수 있으며, 구체적으로는 10 내지 20중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위에서 전극 간 쇼트가 방지될 수 있고 접속 특성이 우수하다.
절연 처리된 도전 입자
본 발명에서 사용되는 도전 입자는 특별히 제한되지 아니하며, 절연 처리된 것이라면 제한 없이 사용할 수 있다.
본원 발명에서 절연 처리되어 사용될 수 있는 도전 입자의 비제한적인 예로는 Au, Ag, Ni, Cu, 땜납 등을 포함하는 금속 입자를 들 수 있다. 상기 절연 처리는 절연성 수지로 도전 입자 표면의 적어도 일부를 코팅하거나, 절연성 미립자가 도전 입자의 표면의 적어도 일부에 연속적 혹은 불연속적으로 고정되거나, 고분자 수지를 포함하는 코어층을 금속성분으로 피복하고 이후 상기 언급한 바와 같이 절연성 수지 혹은 절연성 미립자로 절연 처리하는 것을 포함할 수 있다.
상기 절연성 수지의 비제한적인 예로는 고형 에폭시 수지, 페녹시 수지, 비닐 중합체, 폴리에스테르 수지, 알킬화 셀룰로오스 수지, 플럭스 수지 등을 들 수 있다.
상기 절연성 수지를 도전 입자에 코팅하는 방법은 특별히 제한되지 아니하며, 목적에 따라 적절히 선택할 수 있다. 비제한적인 예로, 도전 입자를 수지 용액 중에 분산시키고, 얻어진 분산체를 미세한 액적으로서 분무하면서 가온한 후, 용제를 건조하는 방법 등을 들 수 있다.
상기 절연성 미립자는 가교 중합성 미립자를 예로 들 수 있으며, 이러한 가교 중합성 미립자로는 라디칼 중합이 가능한 것으로서, 디비닐벤젠, 1,4-디비닐옥시부탄, 디비닐술폰, 디알릴프탈레이트, 디알릴아크릴아미드, 트리알릴(이소)시아누레이트, 트리알리트리멜리테이트 등의 알릴 화합물과, (폴리)에틸렌글리콜 디(메타)아크릴레이트, (폴리)프로필렌글리콜 디(메타)아크릴레이트, 펜타에릴트리톨 테트라(메타)아크릴레이트, 펜타에릴트리톨 트리(메타)아크릴레이트, 펜타에릴트리톨 디(메타)아크릴레이트, 트리메틸올프로판 트리(메타)아크릴레이트, 디펜타에릴트리톨 헥사(메타)아크릴레이트, 디펜타에릴트리톨 펜타(메타)아크릴레이트, 글리세롤 트리(메타)아크릴레이트 등의 아크릴레이트계 가교제 화합물을 포함할 수 있다.
상기 절연성 수지 미립자를 제조하는 방법은 특별히 한정되지 않고, 예를 들어 유화중합법, 무유화(soap-free) 유화중합법, 시드 중합법 등이 사용가능하다.
절연성 미립자를 도전 입자에 고정하는 방법은 물리/기계적 마찰을 이용한 건식법, 또는 분무건조법, 진공증착 피복법, 코어 쉘 패션법, 습식처리에 의한 고정 등을 들 수 있다. 상기 절연성 미립자는 경화성 수지와 조액 상에서 금속 표면층으로부터 이탈되지 않아야 하며, 가열 압착시 변형되어 분쇄될 수 있어야 한다. 절연성 미립자의 고정 방법의 일 예로 상기 미립자 표면의 미소한 변형에 의해 금속 표면에 물리적인 접착력을 부여하고, 동시에 미립자 표면의 관능기에 의해 화학적 결합력을 부여하는 것을 들 수 있다. 따라서, 절연성 미립자는 금속 친화성 관능기인, 친핵성 기, 예를 들어, 카르복시기, 히드록시기, 글리콜기, 알데히드기, 옥사졸기, 실란(silane)기, 실라놀(silanol)기, 아민기, 암모늄기, 아미드기, 이미드기, 니트로기, 니트릴기, 피롤리돈(pyrrolidone)기, 티올(thiol)기, 술폰기, 술폰산기, 설포늄(sulfonium)기, 설파이드(sulfide)기, 이소시아네이트(isocyanate)기 등을 포함할 수 있다.
도전 입자에 고정되는 절연성 미립자의 입경은 코어 미립자 입경의 0.5 내지 15% 정도를 크기를 가질 수 있으며, 구체적으로 1 내지 10%에 해당하는 입경 크기를 가질 수 있다.
상기 절연성 미립자의 일 예로, 고분자 심재의 표면에 에폭시 반응성 작용기를 결합시켜 그 말단에 에폭시 반응성 작용기를 갖는 것을 사용할 수 있다.
상기 고분자 심재는 고가교 유기고분자 입자, 실리카 입자, 이산화티탄 입자를 포함하는 무기입자, 유기/무기 복합체 입자, 금속산화물 입자 중 어느 하나일 수 있다.
상기 고가교 유기고분자 입자는 가교 중합성 단량체를 단독으로 사용한 중합체 또는 가교 중합성 단량체와 1종 이상의 일반 중합성 단량체와의 공중합체를 중합성 단량체 총량 대비 30 중량% 이상 사용하여 제조할 수 있다.
상기 가교 중합성 단량체로는, 위에서 언급한 가교 중합 미립자와 동일한 것을 사용할 수 있다.
또한 상기 일반 중합성 단량체는 라디칼 중합이 가능한 것으로서, 스타이렌, α-메틸스타이렌, m-클로로메틸스타이렌, 에틸 비닐 벤젠 등의 스타이렌계 단량체, 메틸(메타)아크릴레이트, 에틸(메타)아크릴레이트, 프로필(메타)아크릴레이트, n-부틸(메타)아크릴레이트, 이소부틸(메타)아크릴레이트, t-부틸(메타)아크릴레이트, 2-에틸헥실(메타)아크릴레이트, n-옥틸(메타)아크릴레이트, 라우릴(메타)아크릴레이트, 스테아릴(메타)아크릴레이트 등의 아크릴레이트계 단량체, 염화비닐, 비닐 아세테이트, 비닐 에테르, 비닐 프로피오네이트, 비닐부티레이트 등을 포함할 수 있다.
상기와 같은 고분자 심재에 결합되는 에폭시 반응성 작용기로는 에폭시기를 갖는 고분자 수지이면 제한없이 사용할 수 있으며, 구체적으로 글리시딜 메타아크릴레이트, 에폭시 아크릴레이트; 에폭시 메타크릴레이트; 또는 3염기산 및/또는 4염기산의 산무수물(a-i)과 불포화기 함유 모노알코올(a-ii)을 반응시켜 얻어지는 불포화기 함유 디카르본산 화합물에, 1분자 중 2개의 에폭시기를 가지는 에폭시 화합물을 반응시켜 얻어지는 1분자 중 2개의 에폭시기를 가지는 불포화기 함유의 에폭시 화합물과 불포화기 함유 모노카르본산을 반응시켜 얻어지는 반응 생성물에, 다염기산 무수물을 반응시켜 얻어지는 산변성 에폭시 (메타)아크릴레이트 화합물 및 상기 산변성 에폭시 (메타)아크릴레이트 화합물; 1분자 중 2개 이상의 에폭시기를 가지는 에폭시 화합물 등을 사용할 수 있다.
상기 코어층 제조에 사용될 수 있는 고분자 수지는 구형의 미립자 형태로 존재할 수 있으며, 사용될 수 있는 고분자 수지로는 페놀 수지, 요소 수지, 멜라민 수지, 불소 수지, 폴리에스테르 수지, 에폭시 수지, 실리콘 수지, 폴리이미드 수지, 폴리우레탄 수지, 프로필렌 수지, 폴리올레핀 수지 등과 같은 열경화성 고분자 수지; 및 폴리에틸렌 수지, 폴리프로필렌 수지, 폴리부틸렌 수지, 폴리메타크릴산 수지, 메틸렌 수지, 폴리스티렌 수지, 아크릴로니트릴-스티렌 수지, 아크릴로니트릴-스티렌-부타디엔 수지, 비닐 수지, 디비닐벤젠 수지, 폴리아미드 수지, 폴리에스테르 수지, 폴리카보네이트 수지, 폴리아세탈 수지, 피오노마 수지, 폴리에테르 설폰 수지, 폴리페닐옥사이드 수지, 폴리페닐렌설파이드 수지, 폴리설폰 수지, 폴리우레탄 수지 등의 열가소성 고분자 수지를 들 수 있다. 혹은 다른 예에서, 상술한 절연성 미립자의 조성이 코어층의 고분자 수지로 사용될 수 있다. 상기 고분자 수지를 유화 중합법에 의해 코어 미립자를 형성할 수 있다. 상기 형성된 코어 미립자를 금속 도금하고, 이후 금속 도금된 층의 적어도 일부에 전술한 바와 같은 절연성 수지 혹은 절연성 미립자로 절연 처리를 실시할 수 있다. 상기 금속 도금은 무전해 도금법을 사용하여 실시할 수 있으며, 금속 도금층은 Au, Ag, Ni 또는 Cu 등의 층일 수 있으나, 일 예에서, 니켈 도금층, 혹은 금 도금층일 수 있다. 이후 상기 금속 도금층은 본원에서 기재된 바와 같은 절연성 수지 혹은 절연성 미립자로 추가로 절연 처리되거나, 다른 예에서, 상기 금속 도금층은 가교 유기 입자층으로 박막처리될 수 있다. 이러한 박막은 하이브리다이저를 이용하여 도금된 고분자 수지 입자와 가교 유기 입자의 복합화에 의해 미립자 상에 연속적 혹은 불연속적인 피막을 형성할 수 있다. 상기 가교 유기 입자는 스틸렌과 아크릴로니트릴의 유화중합에 의해 수득할 수 있으며, 이 때 이관능 에폭시아크릴레이트를 적당량 첨가함으로써 최종 유기 미립자의 구조를 가교 또는 하이퍼브랜치 구조로 조절할 수 있다. 미세 피치의 전극에서 도전 입자를 그대로 사용하면 쇼트가 발생할 우려가 있기 때문에, 본 발명에서는 도전 입자를 절연 처리하여 사용함으로써 쇼트 발생 가능성을 줄일 수 있다.
상기 절연 처리된 도전 입자의 직경은 1 내지 20μm의 범위일 수 있고, 구체적으로 1 내지 10μm의 범위일 수 있으며, 보다 구체적으로 1 내지 5μm일 수 있다. 상기 범위에서 미세 피치에서도 우수한 접속 특성을 얻을 수 있다.
상기 도전 입자는 이방 도전성 필름의 고형분 총 중량에 대하여 5 내지 50중량%로 포함될 수 있으며, 구체적으로는 5 내지 40중량%로 포함될 수 있고, 보다 구체적으로는 5 내지 38중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위에서 도전 입자가 단자 간에 용이하게 압착되어 안정적인 접속 신뢰성을 확보할 수 있으며, 통전성 향상으로 접속 저항을 감소시킬 수 있다.
바인더 수지
다른 예에서, 상기 이방 도전성 필름은 상기 절연 처리된 도전 입자와 금속합금입자 외에 바인더 수지를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명에서 사용될 수 있는 바인더 수지의 비제한적인 예로는 폴리이미드 수지, 폴리아미드 수지, 페녹시 수지, 폴리메타크릴레이트 수지, 폴리아크릴레이트 수지, 폴리우레탄 수지, 폴리에스테르 수지, 폴리에스테르우레탄 수지, 폴리비닐 부티랄 수지, 스타이렌-부티렌-스타이렌(SBS) 수지 및 에폭시 변성체, 스타이렌-에틸렌-부틸렌-스타이렌(SEBS) 수지 및 그 변성체, 또는 아크릴로니트릴 부타디엔 고무(NBR) 및 그 수소화체 등을 들 수 있다. 이들은 단독으로 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다. 구체적으로, 상기 바인더 수지는 페녹시 수지를 사용할 수 있다.
본 발명의 바인더 수지는 이방 도전성 필름의 고형분 총 중량에 대하여 10 내지 60중량%로 포함될 수 있고, 구체적으로는 15 내지 50중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위에서 이방 도전성 필름용 조성물의 흐름성 및 접착력이 향상될 수 있다.
경화부
또 다른 예에서, 본 발명의 이방 도전성 필름은 경화부를 추가로 포함할 수 있다. 상기 경화부의 예로 (메트)아크릴레이트계 라디칼 중합성 물질 및 라디칼 중합 개시제를 포함하는 경화 시스템, 혹은 에폭시 수지 및 상기 에폭시 수지의 경화제를 포함하는 경화 시스템을 들 수 있다. 구체적으로는 에폭시 수지 및 상기 에폭시 수지의 경화제를 포함하는 경화 시스템을 사용할 수 있다.
상기 (메트)아크릴레이트계 라디칼 중합성 물질 및 라디칼 중합 개시제를 포함하는 경화 시스템에 있어서, (메트)아크릴레이트계 중합성 물질은 라디칼에 의해 중합하는 (메트)아크릴레이트를 갖는 물질이면 특별히 제한없이 사용할 수 있으며, 예를 들어, (메타)아크릴레이트 올리고머 또는 (메타)아크릴레이트 모노머가 있다. 상기 (메타)아크릴레이트 올리고머로는 종래 알려진 (메타)아크릴레이트 올리고머군으로부터 선택된 1종 이상의 올리고머를 제한없이 사용할 수 있으며, 바람직하게는 우레탄계 (메타)아크릴레이트, 에폭시계 (메타)아크릴레이트, 폴리에스테르계 (메타)아크릴레이트, 불소계 (메타)아크릴레이트, 플루오렌계 (메타)아크릴레이트, 실리콘계 (메타)아크릴레이트, 인산계 (메타)아크릴레이트, 말레이미드 개질 (메타)아크릴레이트, 아크릴레이트(메타크릴레이트) 등의 올리고머를 각각 단독으로 또는 2종 이상 조합하여 사용할 수 있다.
본원에서 사용될 수 있는 (메타)아크릴레이트 모노머로는 종래 알려진 (메타)아크릴레이트 모노머군으로부터 선택된 1종 이상의 모노머를 제한없이 사용할 수 있다. 바람직하게는 1,6-헥산디올 모노(메타)아크릴레이트, 2-하이드록시 에틸 (메타)아크릴레이트, 2-하이드록시 프로필 (메타)아크릴레이트, 2-하이드록시 부틸 (메타)아크릴레이트, 2-하이드록시-3-페닐 옥시프로필 (메타)아크릴레이트, 1,4-부탄디올 (메타)아크릴레이트, 2-하이드록시알킬 (메타)아크릴로일 포스페이트, 4-하이드록시 사이클로헥실 (메타)아크릴레이트, 네오펜틸글리콜 모노(메타)아크릴레이트, 트리메틸올에판 디(메타)아크릴레이트, 트리메틸올프로판 디(메타)아크릴레이트, 펜타에리스리톨 트리(메타)아크릴레이트, 디펜타에리스리톨 펜타(메타)아크릴레이트, 펜타에리스리톨 헥사(메타)아크릴레이트, 디펜타에리트리톨 헥사(메타)아크릴레이트, 글리세린 디(메타)아크릴레이트, t-하이드로퍼퓨릴 (메타)아크릴레이트, 이소-데실 (메타)아크릴레이트, 2-(2-에톡시에톡시) 에틸 (메타)아크릴레이트, 스테아릴 (메타)아크릴레이트, 라우릴(메타)아크릴레이트, 2-페녹시에틸 (메타)아크릴레이트, 이소보닐(메타)아크릴레이트, 트리데실 (메타)아크릴레이트, 에톡시부가형 노닐페놀 (메타)아크릴레이트, 에틸렌글리콜디(메타)아크릴레이트, 디에틸렌글리콜 디(메타)아크릴레이트, 트리에틸렌글리콜 디(메타)아크릴레이트, t-에틸렌글리콜 디(메타)아크릴레이트, 폴리에틸렌글리콜 디(메타)아크릴레이트, 1,3-부틸렌글리콜 디(메타)아크릴레이트, 트리프로필렌글리콜 디(메타)아크릴레이트, 에톡시 부가형 비스페놀-A 디(메타)아크릴레이트, 사이클로헥산디메탄올 디(메타)아크릴레이트, 페녹시-t-글리콜 (메타)아크릴레이트, 2-메타아크릴로일록시에틸포스페이트, 트리사이클로 데칸 디메탄올 디(메타)아크릴레이트, 트리메틸올프로판벤조에이트 아크릴레이트, 플루오렌계 (메타)아크릴레이트 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있다.
또한, 본원에서 사용될 수 있는 라디칼 중합 개시제로는, 예를 들어, 퍼옥사이드계 혹은 아조계를 사용할 수 있다. 상기 퍼옥사이드계 개시제의 구체적인 예로는 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 퍼옥시이소프로필 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-디클로로 벤조일 퍼옥사이드, 3,5,5-트리메틸 헥사노일 퍼옥사이드, 옥타노일 퍼옥사이드, 라우릴 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-헥실퍼옥시)-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-부틸 퍼옥시)데칸, t-부틸 트리메틸 실릴 퍼옥사이드, 비스(t-부틸) 디메틸 실릴 퍼옥사이드, t-부틸 트리알릴 실릴 퍼옥사이드, 비스(t-부틸) 디알릴 실릴 퍼옥사이드, 트리스(t-부틸) 아릴 실릴 퍼옥사이드 등이 있다.
에폭시 수지 및 에폭시 수지의 경화제를 포함하는 경화 시스템을 사용하는 경우, 에폭시 수지로는 예를 들면 비스페놀 A형 에폭시 수지, 비스페놀 F형 에폭시 수지, 비스페놀 S형 에폭시 수지, 페놀노볼락형 에폭시 수지, 크레졸노볼락형 에폭시 수지, 비스페놀 A 노볼락형 에폭시 수지, 비스페놀 F 노볼락형 에폭시 수지, 지환식 에폭시 수지, 글리시딜에스테르형 에폭시 수지, 글리시딜아민형 에폭시 수지, 히단토인형 에폭시 수지, 이소시아누레이트형 에폭시 수지, 지방족 쇄상 에폭시 수지 등을 들 수 있다. 이들 에폭시 수지는 할로겐화되어 있을 수도 있고, 수소 첨가되어 있을 수도 있다.
에폭시 수지의 경화제로는, 방향족 디아조늄염, 방향족 설포늄염, 지방족 설포늄염, 방향족 요오드 알루미늄염, 포스포늄염, 피리디늄염, 세레노니움염 등의 오늄염 화합물; 금속 아렌(arene) 착제, 실라놀/알루미늄 착제 등의 착제화합물; 벤조인토시레토(Benzoin tosylato-), o-니트로벤질토시레토(ortho-Nitrobenzyl tosylato-) 등의 토시레이토기가 포함되어 전자 포획(capture) 작용을 하는 화합물 등을 사용할 수 있다. 보다 구체적으로, 양이온 발생 효율이 높은 방향족 설포늄염 화합물 또는 지방족 설포늄염 화합물 등의 설포늄염 화합물을 사용할 수 있다.
또한 이러한 상기 에폭시 수지의 경화제가 염 구조를 이룰 경우에는, 카운터(counter) 이온으로서 헥사플루오르안티모네이트, 헥사플루오르포스페이트, 테트라 플루오르 보레이트, 펜타플루오르페닐 보레이트 등을 사용할 수 있다.
상기 (메트)아크릴레이트계 라디칼 중합성 물질 혹은 에폭시 수지는 이방 도전성 필름용 조성물 중 고형분 기준으로 10 내지 40중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위 내에서, 접착력, 외관 등의 물성이 우수하며 신뢰성 후 안정적일 수 있다.
상기 라디칼 중합 개시제 또는 상기 에폭시 경화제는 이방 도전성 필름용 조성물 중 고형분 기준으로 0.5 내지 15중량%로 포함될 수 있다. 구체적으로 1 내지 10 중량% 포함될 수 있다. 상기 범위 내에서, 경화에 필요한 충분한 반응이 일어나며 적당한 분자량 형성을 통해 본딩 후 접착력, 신뢰성 등에서 우수한 물성을 기대할 수 있다.
무기 입자
본 발명의 이방 도전성 필름은 무기 입자를 추가로 포함할 수 있다. 무기 입자를 추가로 포함함으로써, 이방 도전성 필름에 인식성을 부여하고 도전 입자 간의 쇼트를 방지할 수 있다.
상기 무기 입자의 비제한적인 예로, 실리카(silica, SiO2), Al2O3, TiO2, ZnO, MgO, ZrO2, PbO, Bi2O3, MoO3, V2O5, Nb2O5, Ta2O5, WO3 또는 In2O3 등을 들 수 있다. 구체적으로, 상기 무기 입자는 실리카일 수 있다. 상기 실리카는 졸겔법, 침전법 등 액상법에 의한 실리카, 화염산화(flame oxidation)법 등 기상법에 의해 생성된 실리카일 수 있으며, 실리카겔을 미분쇄한 비분말 실리카를 사용할 수도 있고, 건식 실리카(fumed silica), 용융 실리카(fused silica)를 사용할 수도 있으며 그 형상은 구형, 판상형, 침상형, 파쇄형, 에지리스(edgeless)형 등일 수 있으며, 단독 또는 2종 이상 혼합되어 사용할 수 있다.
상기 무기 입자는 이방 도전성 필름의 고형분 총 중량에 대하여 1 내지 20중량%로 포함될 수 있으며, 구체적으로 1 내지 10중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위에서 도전 입자의 스페이스부로의 유출을 막을 수 있다.
기타 첨가제
또한, 본 발명의 이방 도전성 필름은 기본 물성을 저해하지 않으면서 부가적인 물성을 제공하기 위해, 중합방지제, 산화방지제, 열안정제 등의 첨가제를 추가로 포함할 수 있다. 첨가제는 특별히 제한되지 않지만, 이방 도전성 필름의 고형분 총 중량에 대하여 이방 도전성 필름 중 0.01 내지 10중량%로 포함될 수 있다.
비제한적인 예로, 중합방지제는 하이드로퀴논, 하이드로퀴논 모노메틸에테르, p-벤조퀴논, 페노티아진 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 또한 산화방지제는 페놀릭계 또는 하이드록시 신나메이트계 물질 등을 사용할 수 있으며, 구체적으로 테트라키스-(메틸렌-(3,5-디-t-부틸-4-하이드록신나메이트)메탄, 3,5-비스(1,1-디메틸에틸)-4-하이드록시 벤젠 프로판산 티올 디-2,1-에탄다일 에스테르 등을 사용할 수 있다.
이방 도전성 필름의 제조방법
본 발명의 이방 도전성 필름을 형성하는 데에는 특별한 장치나 설비가 필요하지 않다. 예를 들면, 이방 도전성 필름 조성물을 톨루엔과 같은 유기 용매에 용해시켜 액상화한 후 도전성 입자가 분쇄되지 않는 속도 범위 내에서 일정 시간 동안 교반하고, 이를 이형 필름 위에 일정한 두께 예를 들면 10-50㎛의 두께로 도포한 다음 일정시간 건조시켜 톨루엔 등을 휘발시킴으로써 이방 도전성 필름을 얻을 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따른 이방 도전성 필름은 1층 구조이거나, 도전층 상에 절연성 수지층이 적층된 다층 구조일 수 있다. 예를 들어, 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. 구체적으로는 1층 혹은 2층 구조일 수 있으며, 2층 구조인 경우 절연 처리된 도전 입자 및 금속합금입자가 도전층에 포함될 수 있다.
상기 용어 “적층”이란, 임의의 층의 일면에 다른 층이 형성되는 것을 의미하며, 코팅 또는 라미네이션과 혼용하여 사용할 수 있다. 도전층과 절연성 수지층을 별도로 포함하는 복층형 구조의 이방 도전성 필름의 경우, 층이 분리되어 있으므로 실리카 등의 무기 입자의 함량이 높더라도, 도전 입자의 압착을 방해하지 않기 때문에 도전성에 영향을 주지 않고, 이방 도전성 필름용 조성물의 흐름성에는 영향을 줄 수 있으므로, 유동성이 제어된 이방 도전성 필름을 제조할 수 있다.
본 발명의 다른 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, 본 명세서에 따른 이방 도전성 필름에 의해 접속된 반도체 장치에 관한 것이다.
상기 제1 피접속부재는 예를 들어, COF(chip on film) 또는 fPCB(flexible printed circuit board)일 수 있고, 상기 제2 피접속부재는 예를 들어, 유리 패널, PCB(printed circuit board) 또는 fPCB(flexible printed circuit board)일 수 있다.
도 1을 참조하여 반도체 장치(30)를 설명하면, 제1 전극(70)을 함유하는 제1 접속부재(50)와, 제2 전극(80)을 포함하는 제2 피접속부재(60)는, 상기 제1 피접속부재와 상기 제2 피접속부재 사이에 위치하여 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극을 접속시키는 본원에 기재된 도전 입자(3)을 포함하는 이방 도전성 접착층을 통해 상호 접착될 수 있다.
또한 본 발명에 따른 반도체 장치의 전극은 미세 피치(fine pitch)를 갖는 것일 수 있다. 구체적으로 상기 미세 피치는 5 내지 50μm일 수 있으며, 보다 구체적으로 5 내지 40μm일 수 있고, 더욱 더 구체적으로 9 내지 20μm일 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다.
여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.
실시예
실시예
1: 이방 도전성 필름의 제조
1.
절연화
처리한 도전 입자의 제조
소듐 라우릴 설페이트(sodium lauryl sulfate, SLS) 0.5g을 3,000g의 초순수(DI water)에 10분간 분산시켰다. 여기에 스타이렌(styrene, St) 30g을 넣고 1 시간 동안 분산 및 유화시켰다. 이때, 질소(N2)분위기를 조성해 주었다. 그 다음, 포타슘 퍼설페이트(potassium persulfate, KPS) 1g을 물에 용해시켜 투입하고, 80℃에서 1시간 동안 반응시켜 고분자 심재를 형성하였다. 상기 반응이 완료된 후 스타이렌 45g, 디비닐벤젠(divinylbenzene, DVB) 75g 및 포타슘 퍼설페이트 3.5g을 순차적으로 투입하면서 동일온도에서 10시간 동안 반응시켰다. 반응 종료 후, 소듐 라우릴 설페이트 1.5g과 포타슘 퍼설페이트 0.5g을 추가 투입하여 20분간 교반한 후, 스타이렌 195g, 디비닐벤젠 25g 및 글리시딜 메타크릴레이트(glycidyl methacrylate) 45g을 순차적으로 투입하면서 10시간 동안 반응시켰다. 반응이 종결된 유화체는 원심분리기를 이용하여 중합체를 분리한 후 동결 건조하여 최종 절연성 수지 미립자를 수득하였다.
도전 입자(AUL-704, 평균입경 4μm, SEKISUI社, 일본)의 표면에 상기 절연성 수지 미립자를 물리적 충격법(Hybridizer)을 이용하여 피막을 형성하여 절연화 처리된 도전성 입자를 제조하였다(도전볼 대비 함량: 4중량%, 피복율 68%, 절연층 두께 50nm, 내전압 0.3kV).
2. 이방 도전성 필름용 조성물의 제조
필름 형성을 위한 매트릭스 역할의 바인더 수지부로는 40부피%로 자일렌/초산에틸 공비 혼합용매에 용해된 페녹시 수지(PKHH, Inchemrez社, 미국) 32중량부, 경화 반응이 수반되는 경화부로서는 프로필렌 옥사이드계 에폭시 수지(EP-4000S, Adeka社, 일본) 15중량부, 비스페놀 A계 에폭시 수지(JER834, Mitsubishi Chemical社, 일본) 20중량부, 무기입자로서 나노실리카(R812, 크기 7nm, Degussa社, 독일) 8중량부, 열경화성 양이온 중합 촉매(SI-60L, SANSHIN CHEMICAL社, 일본) 5중량부, 위에서 절연화 처리한 도전 입자 10중량부, 금속합금입자로서 solder ball(Sn-Bi합금, 평균입경 4μm, 융점:132℃, MITSUI KINZOKU社, 일본) 10중량부를 혼합하여 이방 도전성 필름용 조성물을 제조하였다.
상기 이방 도전성 필름용 조성물을 이형필름 위에 도포한 후, 60℃ 건조기에서 5분간 용제를 휘발시켜 16μm 두께의 건조된 이방 도전성 필름을 얻었다.
실시예
2: 이방 도전성 필름의 제조
실시에 1에 있어서, 절연화 처리한 도전 입자를 7중량부, 금속합금입자로서 solder ball을 13중량부 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 조건 및 방법으로 실시예 2의 이방 도전성 필름을 제조하였다.
실시예
3: 이방 도전성 필름의 제조
실시예 1에 있어서, 절연화 처리한 도전 입자를 13중량부, 금속합금입자로서 solder ball을 7중량부 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 조건 및 방법으로 실시예 3의 이방 도전성 필름을 제조하였다.
비교예
1 : 이방 도전성 필름의 제조
실시예 1에 있어서, 절연화 처리한 도전 입자를 20중량부 사용하고, 금속합금입자로서 solder ball을 포함하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 조건 및 방법으로 비교예 1의 이방 도전성 필름을 제조하였다.
비교예
2 : 이방 도전성 필름의 제조
실시예 1에 있어서, 절연화 처리한 도전 입자 대신, 절연화 처리되지 않은 도전 입자(AUL-704, 평균입경 4μm, SEKISUI社, 일본)를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 조건 및 방법으로 비교예 2의 이방 도전성 필름을 제조하였다.
비교예
3 : 이방 도전성 필름의 제조
실시예 1에 있어서, 금속합금입자로 Sn-Pb(평균입경 4μm, 융점:183℃, MITSUI KINZOKU社, 일본)를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 조건 및 방법으로 실시하여 비교예 3의 이방 도전성 필름을 제조하였다.
상기 실시예 및 비교예에서 사용된 각 성분의 함량 및 사양을 다음 표 1에 나타내었다:
| 원료 | 상품명 | 제조사 | 실시예1 | 실시예2 | 실시예3 | 비교예1 | 비교예2 | 비교예3 |
| 페녹시수지 | PKHH | Inchemlez | 32 | 32 | 32 | 32 | 32 | 32 |
| 에폭시수지 | EP-4000S | Adeka | 15 | 15 | 15 | 15 | 15 | 15 |
| JER-834 | Mitsubishi | 20 | 20 | 20 | 20 | 20 | 20 | |
| 경화제 | SI-60L | SANSHIN CHEMICAL | 5 | 5 | 5 | 5 | 5 | 5 |
| 무기 입자 | 실리카 | Degussa | 8 | 8 | 8 | 8 | 8 | 8 |
| 도전 입자 | AUL704 (절연화 O) |
10 | 7 | 13 | 20 | 10 | ||
| AUL704 (절연화 X) |
SEKISUI | 10 | ||||||
| 금속합금입자 | Sn-Bi | MITSUI KINZOKU | 10 | 13 | 7 | 10 | ||
| Sn-Pb | MITSUI KINZOKU | 10 | ||||||
| 합계 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | ||
실험예
: 이방 도전성 필름의 물성 평가
상기 제조된 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 3의 이방 도전성 필름에 대해 하기 조건 및 방법으로 용융점도, 접속저항, 신뢰성 후 접속저항 및 절연저항을 측정하고 그 결과를 아래 표 2에 나타내었다.
용융 점도 측정
상기 실시예 및 비교예에서 제조된 이방 도전성 필름에 대해 ARES G2 레오미터(TA Instruments)를 이용하여, 샘플 두께 150μm, 승온속도 10℃/분, 스트레스 5%, 프리퀀시 10rad/초로 30 내지 200℃ 구간에서 용융점도를 측정하였다.
접속저항 및 신뢰성 평가 후 접속저항 측정
이방 도전성 필름의 전기적 특성을 파악하기 위하여 범프 면적 1200㎛2, 두께 2000Å의 인듐틴옥사이드(ITO) 회로가 있는 유리 기판(pitch:20μm), 및 범프 면적 1200㎛2, 두께 1.5mm의 IC(pitch:20μm)를 사용하여, 상기 실시예 및 비교예들에 따라 제조한 각각의 이방 도전성 필름으로 다음 조건에 의해 상, 하 계면 간을 압착한 후, 상기 본압착 조건으로 가압, 가열하여 각 샘플당 5개씩의 시편을 제조하였다. 이렇게 제조된 시편을 아래 방법으로 접속 저항을 측정(ASTM F43-64T 방법에 준함)하고, 이를 초기 접속 저항(T0)이라 한다.
또한, 신뢰성 평가를 위해 85℃, 85%의 상대습도로 유지되는 고온 고습 챔버에 상기 회로 접속물을 500시간 보관한 후 동일한 방법으로 접속 저항을 측정(ASTM D177에 준함)하고 이를 신뢰성 평가 후의 접속저항(T1)으로 한다.
접속저항 측정은 4 point probe법이며, 이는 저항측정기기를 이용할 수 있는데 기기에 연결되어 있는 4개의 probe를 이용하여 4 point 사이에서의 저항을 측정한다. 저항측정기기는 1mA를 인가하며 이때 측정되는 전압으로 저항을 계산하여 표시한다.
절연저항의 측정
상기 형성된 이방 도전성 필름을 2mm×25mm로 잘라서 절연저항 평가 자재에 각각 본딩하여 평가하였다. 이때, 0.5㎜두께 유리기판상에 70℃, 1MPa, 1sec 조건으로 이방 도전성 필름을 가압착하고 PET필름을 벗겨 유리기판상에 이방 도전성 필름을 배치하였다. 그 다음 칩(칩 길이 19.5㎜, 칩 폭 1.5㎜, 범프 간격 8㎛)을 나란히 배치한 후, 150℃, 70MPa, 5sec 조건으로 본압착하였다. 여기에 50V를 인가하며 2 단자법으로 총 100포인트에서 쇼트 발생 여부를 검사하였다.
| 물성 | 실시예1 | 실시예2 | 실시예3 | 비교예1 | 비교예2 | 비교예3 |
| 용융 점도(Pa·s) | 9120 | 8970 | 8950 | 9060 | 9100 | 8840 |
| 접속저항(Ω)(T0) | 0.1 | 0.1 | 0.5 | 0.9 | 0.1 | 1.2 |
| 신뢰성 접속저항(Ω) (T1) | 0.1 | 0.1 | 1.2 | 2.4 | 0.1 | 2.5 |
| 절연저항(short%) | 0 | 0 | 0 | 0 | 3.8 | 0 |
상기 표 2에서 나타난 바와 같이 실시예 1 내지 3의 이방 도전성 필름은 초기 접속저항 및 신뢰성 평가 후 접속저항이 모두 낮게 나타났으며, 전극간 쇼트가 발생하지 않은 것으로 나타났다. 반면, 금속합금입자를 함유하지 않은 비교예 1의 이방 도전성 필름은 초기 접속저항 및 신뢰성 평가 후 접속저항이 모두 높게 나타났으며, 도전 입자에 절연 처리를 실시하지 않은 비교예 2는 쇼트가 발생하였다. 또한, 융점이 140℃를 초과하는 금속합금입자를 사용한 비교예 3의 경우 초기 접속저항 및 신뢰성 평가 후 접속저항이 모두 높게 나타났다.
이상으로 본 발명의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시예일뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.
Claims (13)
- 융점이 140℃ 이하인 금속합금입자, 및 절연 처리된 도전 입자를 포함하는 이방 도전성 필름.
- 제1항에 있어서, 상기 금속합금입자는 1 내지 10μm의 입경 크기를 갖는, 이방 도전성 필름.
- 제1항에 있어서, 상기 금속합금입자는 Sn, Sb, Pb, Ag, Bi, In, An, Cd, Mn, Fe, Zn, Al, 및 As로 이루어진 군에서 선택된 2개 이상의 금속을 합금하여 제조된 것인, 이방 도전성 필름.
- 제1항에 있어서, 상기 금속합금입자가 이방 도전성 필름의 고형분 총 중량을 기준으로 5 내지 30중량%로 포함되는, 이방 도전성 필름.
- 제1항에 있어서, 상기 절연 처리는,
절연성 수지로 도전 입자 표면의 적어도 일부를 코팅하거나,
절연성 미립자가 도전 입자의 표면의 적어도 일부에 연속적 혹은 불연속적으로 고정되거나,
고분자 수지를 포함하는 코어층을 금속성분으로 피복하고, 상기 금속 피복층의 적어도 일부를, 절연성 수지로 코팅하거나 절연성 미립자로 연속적 혹은 불연속적으로 고정화하는 것을 포함하는, 이방 도전성 필름. - 제1항에 있어서, 상기 도전 입자의 입경 크기가 1 내지 20μm인, 이방 도전성 필름.
- 제1항에 있어서, 상기 이방 도전성 필름은 바인더 수지 및 경화부를 추가로 포함하는, 이방 도전성 필름.
- 제7항에 있어서, 상기 경화부가 (메트)아크릴레이트계 라디칼 중합성 물질 및 라디칼 중합 개시제를 포함하는 경화 시스템인, 이방 도전성 필름.
- 제7항에 있어서, 상기 경화부가 에폭시 수지 및 상기 에폭시 수지의 경화제를 포함하는 경화 시스템인, 이방 도전성 필름.
- 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 이방 도전성 필름이 1층 혹은 2층 구조이고, 상기 금속합금입자 및 상기 절연 처리된 도전 입자가 동일 층에 포함되는, 이방 도전성 필름.
- 제1 전극을 함유하는 제1 피접속부재;
제2 전극을 함유하는 제2 피접속부재; 및
상기 제1 피접속부재와 상기 제2 피접속부재 사이에 위치하여 상기 제1 전극 및 상기 제2전극을 접속시키는, 제1항 내지 제9항 중 어느 하나의 항의 이방 도전성 필름에 의해 접속된 반도체 장치. - 제11항에 있어서, 상기 전극의 피치가 미세 피치(fine pitch)인, 반도체 장치.
- 제12항에 있어서, 상기 미세 피치(fine pitch)가 5 내지 50μm인, 반도체 장치.
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