KR20180114558A - 솔더 코팅된 금속 도전 입자를 사용한 이방성 전도 필름 - Google Patents

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Abstract

솔더 코팅된 금속 도전 입자를 사용한 이방성 전도 필름이 제시된다. 일 실시예에 따른 상부 기판과 하부 기판 사이에 압착되는 이방성 전도 필름(Anisotropic Conductive Film, ACF)은, 상기 상부 기판과 하부 기판 사이에 배치되는 접착제 층; 및 상기 접착제 층 내에 구성되어 상기 상부 기판의 전극과 상기 하부 기판의 전극 사이를 전기적으로 접속시키는 솔더(solder)가 코팅된 금속으로 이루어지는 도전 입자들을 포함하여 이루어질 수 있다.

Description

솔더 코팅된 금속 도전 입자를 사용한 이방성 전도 필름{ANISOTROPIC CONDUCTIVE FILM USING SOLDER COATED METAL CONDUCTING PARTICLES}
아래의 실시 예들은 솔더(solder)가 코팅된 금속 도전 입자를 사용한 이방성 전도 필름에 관한 것이다.
디지털 네트워크 정보사회의 급속한 진전에 따라 모바일 정보단말에서 고성능, 다기능화(융합화, 복합화), 소형화, 경량화 그리고 정보처리속도의 가속화 등의 기능이 요구되고 있다. 특히, 전자기기의 소형화에 따른 제조기술의 변화 요구에 대응하는 소형화 기술 선택은 상당히 중요한 요소로 부각되고 있으며 비즈니스의 중요한 변수로 각광받고 있다.
이처럼 전자기기의 소형화가 중시됨에 전자기기 내의 각 부품을 연결하는 회로의 I/O(Input/Output) 단자가 많아지게 되고, 이에 따라 전극 사이의 간격이 미세해지는 미세 피치화가 진행된다. 현재 반도체 후공정인 패키징 공정에서는 좁아지는 전극 사이의 간격에 의해 발생되는 전기접속과 이에 따른 신뢰성이 가장 큰 문제점이다.
반도체 패키징에서 사용되고 있는 전기적 접속 재료인 이방성 전도 필름(Anisotropic Conductive Film, ACF 또는 ACFs)은 미세 도전 입자를 접착수지(일반적으로 열경화성 수지)에 혼합시켜 필름(film) 상태로 만들고, 전자부품 회로와 회로를 이어 붙여 상하로 전기적 접속이 가능하게 하고 좌우로는 절연되게 하는 이방성 도전필름이다. 도전 입자(전도성 볼)로는 니켈(Nickel, Ni), 솔더(solder) 등의 금속 볼(metal ball)이 사용되거나, 니켈(Ni) 또는 금(Gold)이 도금되어 있는 폴리머 볼(polymer ball)이 사용될 수 있고, 이방성 전도 필름(ACF)에서 이러한 도전 입자가 전극 사이에 끼인 후 필름이 경화되는 형태로 기계적, 전기적 접합을 이룬다.
하지만 이러한 솔더 이방성 전도 필름의 경우 미세 피치화의 진행에 따라 좌우 전극 간의 전기적 단락(short)을 방지하기 위해 작은 볼이 사용된다. 이에 따라 솔더 볼의 경우 솔더의 용융과 압력에 의해 상하 전극 간의 갭(gap)의 크기가 매우 작아져서 전극이 거의 직접 접촉하는 문제가 발생한다. 이 경우, 솔더(solder)의 주 합금 성분인 주석(Sn)이 전극과 확산 반응을 통해 급속히 금속간 화합물 형태로 소모되어 솔더 조인트(solder joint)가 매우 취성이 높게 되므로 접속 신뢰성을 떨어뜨리는 문제가 발생한다.
이러한 접속 문제를 해결하고 안정한 접속을 위해서는 금속 전극 간에 충분한 갭(gap)의 크기를 보장하면서, 솔더 조인트(solder joint)를 형성할 수 있는 솔더(solder)가 코팅된 니켈과 같은 금속 도전 입자를 함유한 새로운 솔더 이방성 전도 필름(ACF)이 필요하다.
한국공개특허 10-2011-0027378호는 이러한 접착필름용 수지 조성물 및 이를 이용한 접착필름에 관한 기술을 기재하고 있다.
실시예들은 솔더 코팅된 금속 도전 입자를 사용한 이방성 전도 필름에 관하여 기술하며, 보다 구체적으로 솔더 조인트(solder joint)를 형성할 수 있는 솔더(solder)가 코팅된 금속 도전 입자를 함유한 이방성 전도 필름(ACF)에 관한 기술을 제공한다.
실시예들은 상하부 전극 사이의 충분한 전극 간격을 보장하기 위해서 니켈과 같이 스페이서(spacer)용으로 사용되는 금속 입자에 솔더(solder)를 코팅함으로써, 일정한 전극 간격을 얻는 동시에 솔더(solder)의 금속간 접합을 구현하여 안정적인 솔더 조인트(solder joint)를 얻는 솔더 코팅된 금속 도전 입자를 사용한 이방성 전도 필름을 제공하는데 있다.
실시예들은 니켈(Ni)과 같은 스페이서(spacer)용 금속 입자에 솔더(solder)를 코팅함으로써, 전기적 성능이 향상되고 기계적 신뢰성이 증가하며 미세 피치 또는 극미세 피치에 적용 가능할 뿐 아니라, 기존 솔더 볼(solder ball)을 사용할 때 갭(gap)의 크기를 확보하기 위한 니켈 스페이서(Ni spacer) 입자를 첨가할 필요가 없으므로 전체 도전 입자의 함량을 줄임으로써 재료 비용 절감이 가능한 솔더 코팅된 금속 도전 입자를 사용한 이방성 전도 필름을 제공하는데 있다.
일 측면에 따른 상부 기판과 하부 기판 사이에 압착되는 이방성 전도 필름(Anisotropic Conductive Film, ACF)은, 상기 상부 기판과 하부 기판 사이에 배치되는 접착제 층; 및 상기 접착제 층 내에 구성되어 상기 상부 기판의 전극과 상기 하부 기판의 전극 사이를 전기적으로 접속시키는 솔더(solder)가 코팅된 금속으로 이루어지는 도전 입자들을 포함하여 이루어진다.
여기에서, 상기 도전 입자들은 니켈(Ni) 또는 동(Cu)으로 이루어진 금속 도전 입자에 솔더(solder)를 전해 또는 무전해 도금하여 형성되거나, 기상 코팅하여 형성될 수 있다.
상기 도전 입자들은, 스페이서 니켈 입자(spacer Ni particles) 또는 스페이서 동 입자(spacer Cu particles)에 솔더(solder)가 코팅된 도전 입자들로 이루어질 수 있다.
상기 도전 입자들은, 상기 상부 기판의 전극 및 상기 하부 기판의 전극 간 거리를 확보하고 상기 솔더(solder)의 주 성분인 주석(Sn) 확산에 의한 소모를 늦추기 위해 상기 스페이서 니켈 입자(spacer Ni particles) 또는 스페이서 동 입자(spacer Cu particles)로 인해 소정의 갭(gap)의 크기를 확보할 수 있다.
상기 도전 입자들은, 높은 신뢰성, 높은 커런트 캐링(current carrying) 특성, 및 낮은 접속 저항을 갖도록 상기 솔더(solder)가 코팅된 금속으로 이루어져 상기 솔더(solder)와 상기 상부 기판의 전극 및 상기 하부 기판의 전극 사이에 금속 접합에 의한 금속화학 접속을 이루도록 할 수 있다.
상기 도전 입자들은, 전기적 및 기계적으로 높은 성능을 갖도록 내부의 상기 금속의 물리적 접속과 상기 솔더(solder)의 금속화학 접속이 동시에 이루어질 수 있다.
상기 도전 입자들은, 솔더(solder)를 용융(melting)시킴에 따라 기판의 평탄도에 민감하지 않은 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 이방성 전도 필름은, 상기 솔더(solder)가 코팅된 금속으로 이루어지는 도전 입자들로 인해 미세 피치 또는 극미세 피치화된 상기 상부 기판 및 상기 하부 기판에 적용 가능하다.
다른 측면에 따른 이방성 전도 필름을 포함하는 구조체는, 전극이 구성되는 상부 기판; 전극이 구성되는 하부 기판; 및 상기 상부 기판과 하부 기판 사이에 압착되는 이방성 전도 필름(Anisotropic Conductive Film, ACF)을 포함하고, 상기 이방성 전도 필름은, 상기 상부 기판과 하부 기판 사이에 배치되는 접착제 층; 및 상기 접착제 층 내에 구성되어 상기 상부 기판의 전극과 상기 하부 기판의 전극 사이를 전기적으로 접속시키는 솔더(solder)가 코팅된 금속으로 이루어지는 도전 입자들을 포함하여 이루어진다.
상기 도전 입자들은, 스페이서 니켈 입자(spacer Ni particles) 또는 스페이서 동 입자(spacer Cu particles)에 솔더(solder)가 코팅된 도전 입자들로 이루어질 수 있다.
상기 도전 입자들은, 상기 상부 기판의 전극 및 상기 하부 기판의 전극 간 거리를 확보하고 상기 솔더(solder)의 주 성분인 주석(Sn) 확산에 의한 소모를 늦추기 위해 상기 스페이서 니켈 입자(spacer Ni particles) 또는 스페이서 동 입자(spacer Cu particles)로 인해 소정의 갭(gap)의 크기를 확보할 수 있다.
상기 도전 입자들은, 높은 신뢰성, 높은 커런트 캐링(current carrying) 특성, 및 낮은 접속 저항을 갖도록 상기 솔더(solder)가 코팅된 금속으로 이루어져 상기 솔더(solder)와 상기 상부 기판의 전극 및 상기 하부 기판의 전극 사이에 금속 접합에 의한 금속화학 접속을 이루는 동시에, 내부의 상기 금속은 상기 상부 기판의 전극 및 상기 하부 기판의 전극과 물리적 접속을 이루도록 할 수 있다.
상기 기판 및 상기 하부 기판은 미세 피치 또는 극미세 피치화된 기판으로 이루어지고, 상기 이방성 전도 필름은, 상기 솔더(solder)가 코팅된 금속으로 이루어지는 도전 입자들로 인해 미세 피치 또는 극미세 피치화된 상기 상부 기판 및 상기 하부 기판에 적용 가능하다.
실시예들에 따르면 상하부 전극 사이의 충분한 전극 간격을 보장하기 위해서 니켈과 같이 스페이서(spacer)용으로 사용되는 금속 입자에 솔더(solder)를 코팅함으로써, 일정한 전극 간격을 얻는 동시에 솔더(solder)의 금속간 접합을 구현하여 안정적인 솔더 조인트(solder joint)를 얻는 솔더 코팅된 금속 도전 입자를 사용한 이방성 전도 필름을 제공할 수 있다.
또한, 실시예들에 따르면 니켈(Ni)과 같은 스페이서(spacer)용 금속 입자에 솔더(solder)를 코팅함으로써, 전기적 성능이 향상되고 기계적 신뢰성이 증가하며 미세 피치 또는 극미세 피치에 적용 가능한 솔더 코팅된 금속 도전 입자를 사용한 이방성 전도 필름을 제공할 수 있다.
더욱이, 실시예들에 따르면 기존 솔더 볼(solder ball)을 사용할 때 갭(gap)의 크기를 확보하기 위한 니켈 스페이서(Ni spacer) 입자를 첨가할 필요가 없으므로 전체 도전 입자의 함량을 줄임으로써 재료 비용 절감이 가능한 솔더 코팅된 금속 도전 입자를 사용한 이방성 전도 필름을 제공할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 솔더 코팅된 금속 도전 입자를 사용한 이방성 전도 필름의 접속 전 상태를 나타내는 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 솔더 코팅된 금속 도전 입자를 사용한 이방성 전도 필름의 접속 상태를 나타내는 도면이다.
도 3은 일 실시예에 따른 니켈(Ni) 입자에 주석(Sn)을 도금한 도전 입자를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따른 솔더 코팅된 금속 도전 입자를 사용한 이방성 전도 필름의 솔더 조인트 형상을 나타내는 도면이다.
도 5는 종래의 이방성 전도 필름의 접속 전 상태를 나타내는 도면이다.
도 6은 종래의 이방성 전도 필름의 접속 상태를 나타내는 도면이다.
도 7은 종래의 이방성 전도성 필름을 미세 피치 전극에 사용한 경우를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 종래의 이방성 전도성 필름에서 스페이서 니켈 입자와 솔더 입자를 혼합하여 사용하는 경우를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 설명한다. 그러나, 기술되는 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명되는 실시예들에 의하여 한정되는 것은 아니다. 또한, 여러 실시예들은 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
아래의 실시예들은 솔더 조인트(solder joint)를 형성할 수 있는 솔더(solder)가 코팅된 금속 도전 입자를 함유한 이방성 전도 필름(ACF)에 관한 것으로, 상하부 전극 사이의 충분한 전극 간격을 보장하기 위해서 니켈과 같이 스페이서(spacer)용으로 사용되는 금속 입자에 솔더(solder)를 코팅함으로써, 일정한 전극 간격을 얻는 동시에 솔더(solder)의 금속간 접합을 구현하여 안정적인 솔더 조인트(solder joint)를 얻을 수 있다.
또한, 실시예들은 니켈(Ni)과 같은 스페이서(spacer)용 금속 입자에 솔더(solder)를 코팅함으로써, 전기적 성능이 향상되고 기계적 신뢰성이 증가하며 미세 피치 또는 극미세 피치에 적용 가능하다.
도 5는 종래의 이방성 전도 필름의 접속 전 상태를 나타내는 도면이다. 그리고 도 6은 종래의 이방성 전도 필름의 접속 상태를 나타내는 도면이다.
도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 종래의 이방성 전도 필름을 이용한 접합 방식의 경우 인쇄 회로 기판(Printed Circuit Board, PCB)과 연성 기판(Flexible Printed Circuit Board, FPCB)의 사이에 전도성 볼이 함유된 이방성 전도 필름을 150℃~250℃의 열과 압력을 가하여 위아래 수십 ㎛ 두께의 전극 사이에 전도성 볼인 도전 입자들을 끼이게 함으로써 전기적인 접속을 이루었다. 이 때, 도전 입자는 니켈(Ni), 솔더(solder) 등의 금속 볼(metal ball)이 사용되거나, 니켈(Nil) 또는 금(Gold)이 도금되어 있는 폴리머 볼(polymer ball)을 보편적으로 많이 사용하고, 직경은 수 ㎛에서 수십 ㎛ 크기까지 존재한다. 여기에서 이방성 전도 필름의 두께는 보통 위아래 전극의 높이의 합으로 결정된다.
종래의 이방성 전도 필름의 경우, 니켈(Ni), 솔더(solder) 등의 금속 볼(metal ball)이 사용되거나, 니켈(Ni) 또는 금(Gold)이 도금되어 있는 폴리머 볼(polymer ball)을 고분자 레진(resin) 필름에 분산시켜 사용한다. 이방성 전도 필름에 사용되는 고분자 레진 필름의 경우, 일례로 아크릴(Acrylic) 계열 또는 에폭시(Epoxy) 계열을 보편적으로 사용할 수 있다. 금속 입자(metal particles)와 금(gold)이 도금된 폴리머 입자(polymer particles)는 전극 사이에서 물리적 접합을 이루게 된다.
이방성 전도 필름(ACF)의 사용이 증가되고 높은 신뢰성의 이방성 전도 필름(ACF) 접합에 대한 요구에 따라 금속 입자(metal particles)를 솔더 입자(solder particles)로 대체함으로써, 솔더(solder)와 전극 사이에 금속 접합에 의한 접속을 가능하게 하였다. 이러한 접속은 기존의 물리적 접속을 금속화학 접속으로 바꾸면서 높은 신뢰성 및 높은 커런트 캐링(current carrying) 특성, 낮은 접속 저항을 보여줄 뿐 아니라, 솔더(solder)를 용융(melting)시킴으로써 기판 평탄도에도 민감하지 않다는 장점이 있다.
하지만 기판의 미세 피치화에 따라 좌우 전극 간의 전기적 단락(short)을 방지하기 위해 크기(size)가 작은 솔더 볼을 사용하게 됨으로써 아래와 같은 문제점이 발생된다.
도 7은 종래의 이방성 전도성 필름을 미세 피치 전극에 사용한 경우를 설명하기 위한 도면이다.
도 7a 및 도 7a의 부분 확대도인 도 9b에 도시된 바와 같이, 종래의 이방성 전도성 필름을 미세 피치 전극에 사용한 경우 갭(gap)의 크기가 작아지고, 이에 따라 전극이 직접 접촉하는 문제와 주석(Sn)이 쉽게 소모되는 문제점 발생된다.
다시 말하면 기판의 미세 피치화에 따라 좌우 전극 간의 전기적 단락(short)을 방지하기 위해 크기(size)가 작은 솔더 볼을 사용하게 되어, 상하 전극 간의 갭(gap)의 크기가 매우 작아지며 금속 간에 거의 직접 접촉하는 문제가 발생한다. 또한 솔더(solder)의 주 성분인 주석(Sn)이 금속 전극과 금속화학 접합을 하며 확산과 동시에 소모되어 솔더 조인트(solder joint)가 매우 취성이 높아져서 접속 신뢰성에 대한 문제가 발생한다.
도 8은 종래의 이방성 전도성 필름에서 스페이서 니켈 입자와 솔더 입자를 혼합하여 사용하는 경우를 설명하기 위한 도면이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 갭(gap)의 크기를 높이기 위해 스페이서 니켈 입자(spacer Ni particles)와 솔더 입자(solder particles)를 혼합하여 사용하는 경우, 스페이서 니켈 입자(spacer Ni particles)와 솔더 입자(solder particles)를 전극 위에 동시에 포획하기 어려운 문제점 발생한다.
다시 말하면 금속 전극 간 갭(gap)의 크기를 높이기 위해 스페이서(spacer) 역할을 하는 니켈 입자(Ni particles)를 솔더 입자(solder particles)와 같이 혼합하여 사용하는 경우, 본딩 공정 시 열경화성 폴리머 수지의 흐름 후에 다량의 도전 입자들이 끼여 전극과 전극 사이 많이 모임으로써 전극의 수평방향으로 통전이 되는 전기적 오류인 단락(short) 현상이 쉽게 일어날 수 있다. 또한 전극의 폭이 작고, 스페이서(spacer)인 니켈 입자(Ni particles)와 솔더 입자(solder particles)를 동시에 포획하기 어려워 전극 간에 일정한 갭(gap)의 크기를 유지하는 것이 어렵다. 그리고 두 종류의 볼들을 혼합해서 사용하면 이방성 전도 필름(ACF)의 재료 비용 또한 증가된다.
도 1은 일 실시예에 따른 솔더 코팅된 금속 도전 입자를 사용한 이방성 전도 필름의 접속 전 상태를 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 솔더 코팅된 금속 도전 입자를 사용한 이방성 전도 필름(Anisotropic Conductive Film, ACF)(100)은 상부 기판(210) 및 하부 기판(200)의 사이에 배치되며, 상부에서 가해지는 열과 압력에 의해 상부 기판(210) 및 하부 기판(200)에 압착되어 전기적 접속을 이루도록 할 수 있다.
아래에서 도 1을 참조하여 상부 기판(210)과 하부 기판(200) 사이에 압착되는 이방성 전도 필름(ACF)(100)에 대해 보다 구체적으로 설명한다.
일 실시예에 따른 상부 기판(210)과 하부 기판(200) 사이에 압착되는 이방성 전도 필름(ACF)(100)은 접착제 층(120) 및 도전 입자들(110)을 포함하여 이루어질 수 있다.
접착제 층(120)은 상부 기판(210)과 하부 기판(200) 사이에 배치될 수 있다.
접착제 층(120)은 고분자 필름이 사용될 수 있으며, 일례로 아크릴(Acrylic) 계열 또는 에폭시(Epoxy) 계열을 사용할 수 있다. 또한 접착제 층(120)은 비전도성 필름(Non-conducting Film, NCF) 폴리머 접착제 층일 수 있으며, 열경화성 수지(Thermosetting Resin)로 이루어져 라미네이션 또는 이중 코팅 방법으로 형성될 수도 있다. 한편, 접착제 층은 폴리머 층과 폴리머 층의 상부 및 하부에 비전도성 필름(Non-conducting Film, NCF)의 폴리머 접착제 층이 라미네이션 또는 이중 코팅에 의해 형성될 수도 있다. 이 경우, 폴리머 층 내에 도전 입자들(110)이 구성될 수 있다.
도전 입자들(110)은 접착제 층(120) 내에 구성되어 상부 기판(210)의 전극(211)과 하부 기판(200)의 전극(201) 사이를 전기적으로 접속시키는 솔더(solder)가 코팅된 금속으로 이루어질 수 있다. 예컨대, 솔더(solder)는 주석(Sn)이 30~100%가 사용될 수 있고, 주석의 함량이 100% 미만일 경우 나머지는 은(Ag),　동(Cu), 납(Pb) 등의 납땜용 합금으로 이루어질 수 있다.
여기에서 도전 입자들(110)은 구형으로 이루어질 수 있으나 타원형, 원통형, 다각 기둥형 등의 비구형으로 이루어질 수 있다. 예컨대 압력과 온도를 조절하는 간단한 방법에 의해 구형의 전도성 입자의 형태를 타원 형상으로 변경할 수 있다.
도전 입자들(110)은 솔더(solder)가 코팅된 금속 입자로 이루어질 수 있으며, 이 때 사용되는 금속 입자는 경도가 높은 금속 입자(금속 볼)을 이용함으로써 갭(gap)의 크기를 높여 솔더 조인트(solder joint)의 신뢰성을 높일 수 있다. 예컨대 경도가 높은 금속 입자는 니켈(Ni)로 이루어진 금속 입자일 수 있으며, 니켈(Ni)을 포함하는 금속 입자가 될 수도 있다. 한편 금속 입자는 니켈(Ni)뿐 아니라 동(Cu) 등 경도가 높아 스페이서(spacer) 기능을 하는 금속 입자가 사용될 수 있다.
다시 말하면, 도전 입자들(110)은 니켈(Ni) 또는 동(Cu) 등으로 이루어진 금속 도전 입자에 솔더(solder)를 전해 또는 무전해 도금하거나 기상 코팅하여 형성될 수 있다.
예를 들어 도전 입자들(110)은 니켈(Ni)로 이루어진 금속 도전 입자에 솔더(solder)를 도금하여 형성될 수 있다. 더 구체적으로 도전 입자들(110)은 스페이서 니켈 입자(spacer Ni particles)에 솔더(solder)가 코팅된 도전 입자들(110)로 이루어질 수 있다. 이 때, 별개의 니켈 스페이서(Ni spacer)와 솔더 볼(solder ball)이 아닌, 니켈 스페이서(Ni spacer)에 코팅된 솔더(solder)의 개념으로써, 한 가지의 볼로 스페이서(spacer)와 조인트(joint) 형성의 두 가지 효과를 얻을 수 있다. 또한 도전 입자들(110)은 스페이서 니켈 입자(spacer Ni particles)뿐 아니라, 스페이서 동 입자(spacer Cu particles)에 솔더(solder)가 코팅된 도전 입자들(110)로 이루어질 수 있다.
도전 입자들(110)은 접속 공정 후 상부 기판(210)의 전극(211) 및 하부 기판(200)의 전극(201) 간 거리를 확보하고 솔더(solder)의 주 성분인 주석(Sn) 확산에 의한 소모를 늦추기 위해 스페이서 니켈 입자(spacer Ni particles) 또는 스페이서 동 입자(spacer Cu particles)로 인하여 접속 공정 후에도 두 전극 간 거리에서 소정의 갭(gap)의 크기를 확보할 수 있다.
또한, 도전 입자들(110)은 높은 신뢰성, 높은 커런트 캐링(current carrying) 특성, 및 낮은 접속 저항을 갖도록 솔더(solder)가 코팅된 금속으로 이루어져 솔더(solder)와 상부 기판(210)의 전극(211) 및 하부 기판(200)의 전극(201) 사이에 금속 접합에 의한 금속화학 접속을 이루도록 할 수 있다.
도전 입자들(110)은 전기적 및 기계적으로 높은 성능을 갖도록 내부의 금속의 물리적 접속과 솔더(solder)의 금속화학 접속이 동시에 이루어질 수 있다.
도전 입자들(110)은 솔더(solder)를 용융(melting)시킴에 따라 기판의 평탄도에 민감하지 않은 것을 특징으로 할 수 있다.
접착제 층(120) 내에 분포되는 도전 입자들(110)은 전극 사이에서 다수의 도전 입자들(110)이 서로 닿지 않을 정도의 함량으로 구성되어, 압착 후에도 적절한 간격으로 배치되어 서로 뭉치지 않고 분산되도록 할 수 있다.
이러한 도전 입자들(110)을 포함하는 이방성 전도 필름은 솔더(solder)가 코팅된 금속으로 이루어지는 도전 입자들(110)로 인해 미세 피치 또는 극미세 피치화된 상부 기판(210) 및 하부 기판(200)에 적용 가능하다. 즉, 니켈(Ni)과 같은 경도가 높은 금속 입자에 솔더(solder)를 코팅함으로써 전기적 성능이 향상되고 기계적 신뢰성이 증가하며, 미세 피치/극미세 피치에 적용할 수 있다.
도 2는 일 실시예에 따른 솔더 코팅된 금속 도전 입자를 사용한 이방성 전도 필름의 접속 상태를 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면, 솔더 코팅된 금속 도전 입자를 사용한 이방성 전도 필름의 접속 상태를 나타내는 것으로, 이방성 전도 필름(ACF)(100)을 포함하는 구조체를 나타낼 수 있다. 예컨대 이방성 전도 필름(ACF)(100)을 포함하는 구조체는 솔더(solder)를 코팅한 니켈(Ni) 도전 입자를 사용한 이방성 전도 필름(ACF)(100)을 포함하는 구조체가 될 수 있다.
이방성 전도 필름(ACF)(100)을 포함하는 구조체는 상부 기판(210)과 하부 기판(200)의 사이에 도전 입자가 함유된 이방성 전도 필름(ACF)(100)을 열과 압력을 가하여 위아래 수십 ㎛ 두께의 전극 사이에 도전 입자들(110)을 통해 전기적인 접속을 이루도록 할 수 있다. 이 때, 이방성 전도 필름(ACF)(100)을 상부 기판(210)과 하부 기판(200)의 사이에 압착시키기 위해 히트 툴(300)이 사용될 수 있으며, 히트 툴(300)과 상부 기판(210) 사이에는 인터포저(interposer)가 형성될 수 있다.
아래에서 도 2를 참조하여 이방성 전도 필름(ACF)(100)을 포함하는 구조체에 대해 보다 구체적으로 설명한다.
일 실시예에 따른 이방성 전도 필름을 포함하는 구조체는 상부 기판(210), 하부 기판(200), 이방성 전도 필름(ACF)(100)을 포함하여 이루어질 수 있다. 이방성 전도 필름(ACF)(100)은 접착제 층(120) 및 도전 입자들(110)을 포함하여 이루어질 수 있다. 여기에서 이방성 전도 필름(ACF)(100)은 도 1을 참조하여 상세히 설명하였으므로 간단히 설명하기로 한다.
상부 기판(210)은 하부에 전극이 형성될 수 있다. 예를 들어 상부 기판(210)은 연성 기판(Flexible Printed Circuit Board, FPCB)으로 이루어질 수 있다. 또한 상부 기판(210)은 인쇄 회로 기판(Printed Circuit Board, PCB), 글래스 칩(glass, chip) 기판 등의　다양한 기판이 사용될 수 있다.
하부 기판(200)은 상부에 전극이 형성될 수 있다. 예를 들어 하부 기판(200)은 인쇄 회로 기판(Printed Circuit Board, PCB)으로 이루어질 수 있다. 또한 하부 기판(200)은 연성 기판(Flexible Printed Circuit Board, FPCB), 글래스 칩(glass, chip) 기판 등의　다양한 기판이 사용될 수 있다.
여기에서 상부 기판(210) 및 하부 기판(200)은 전자기기의 소형화에 따라 미세 피치 또는 극미세 피치화된 기판으로 이루어질 수 있다.
이방성 전도 필름(ACF)(100)은 상부 기판(210)과 하부 기판(200) 사이에 압착되는 것으로, 접착제 층(120) 및 도전 입자들(110)을 포함하여 이루어질 수 있다.
이방성 전도 필름(ACF)(100)은 상부 기판(210)과 하부 기판(200) 사이에 배치되는 접착제 층(120)과, 접착제 층(120) 내에 구성되어 상부 기판(210)의 전극(211)과 하부 기판(200)의 전극(201) 사이를 전기적으로 접속시키는 솔더(solder)가 코팅된 금속으로 이루어지는 도전 입자들(110)을 포함하여 이루어질 수 있다.
도전 입자들(110)은 니켈(Ni) 또는 동(Cu) 등으로 이루어진 금속 도전 입자에 솔더(solder)를 전해 또는 무전해 도금하거나 기상 코팅하여 형성될 수 있다. 더 구체적으로, 도전 입자들(110)은 스페이서 니켈 입자(spacer Ni particles)에 솔더(solder)가 코팅된 도전 입자들(110)로 이루어질 수 있다. 이 때, 별개의 니켈 스페이서(Ni spacer)와 솔더 볼(solder ball)이 아닌, 니켈 스페이서(Ni spacer)에 코팅된 솔더(solder)의 개념으로써, 한 가지의 볼로 스페이서(spacer)와 조인트(joint) 형성의 두 가지 효과를 얻을 수 있다. 또한 도전 입자들(110)은 스페이서 니켈 입자(spacer Ni particles)뿐 아니라, 스페이서 동 입자(spacer Cu particles)에 솔더(solder)가 코팅된 도전 입자들(110)로 이루어질 수 있다.
도전 입자들(110)은 상부 기판(210)의 전극(211) 및 하부 기판(200)의 전극(201) 간 거리를 확보하고 솔더(solder)의 주 성분인 주석(Sn) 확산에 의한 소모를 늦추기 위해 스페이서 니켈 입자(spacer Ni particles) 또는 스페이서 동 입자(spacer Cu particles)로 인해 소정의 갭(gap)의 크기를 확보할 수 있다.
도전 입자들(110)은 높은 신뢰성, 높은 커런트 캐링(current carrying) 특성, 및 낮은 접속 저항을 갖도록 솔더(solder)가 코팅된 금속으로 이루어져 솔더(solder)와 상부 기판(210)의 전극(211) 및 하부 기판(200)의 전극(201) 사이에 금속 접합에 의한 금속화학 접속을 이루는 동시에, 내부의 금속은 상부 기판(210)의 전극(211) 및 하부 기판(200)의 전극(201)과 물리적 접속을 이루도록 할 수 있다.
이방성 전도 필름은 솔더(solder)가 코팅된 금속으로 이루어지는 도전 입자들(110)로 인해 미세 피치 또는 극미세 피치화된 상부 기판(210) 및 하부 기판(200)에 적용 가능하다.
이와 같이, 실시예들에 따르면 상하부 전극 사이의 충분한 전극 간격을 보장하기 위해서 니켈(Ni) 또는 동(Cu)과 같이 스페이서(spacer)용으로 사용되는 금속 입자에 솔더(solder)를 코팅함으로써, 일정한 전극 간격을 얻는 동시에 솔더(solder)의 금속간 접합을 구현하여 안정적인 솔더 조인트(solder joint)를 얻을 수 있다.
또한, 니켈(Ni) 또는 동(Cu)과 같은 스페이서(spacer)용 금속 입자에 솔더(solder)를 코팅함으로써, 전기적 성능이 향상되고 기계적 신뢰성이 증가하며 미세 피치 또는 극미세 피치에 적용 가능하다.
기존 솔더 볼(solder ball)을 사용할 때 갭(gap)의 크기를 확보하기 위한 니켈 스페이서(Ni spacer) 입자 또는 동 스페이서(Cu spacer)를 첨가할 필요가 없으므로 전체 도전 입자의 함량을 줄임으로써 재료 비용 절감이 가능하다.
한편, 기존의 니켈(Ni), 솔더(solder) 등 금속 볼(metal ball)이 사용되거나 니켈(Ni), 금(Gold)이 도금되어 있는 폴리머 볼(polymer ball)이 들어간 이방성 전도 필름(ACF)을 사용할 경우, 앞에서 도 7 및 도 8을 참조하여 설명한 바와 같이, 솔더 조인트(solder joint)의 신뢰성 문제와 도전성 볼들의 포획 문제가 발생된다. 이러한 솔더 조인트(solder joint)의 신뢰성 문제와 도전성 볼들의 포획 문제를 해결하기 위해서 기존 스페이서(spacer)로 사용되는 니켈(Ni)과 같은 금속 도전 입자에 솔더(solder)를 도금 등과 같은 방법으로 코팅하는 방법을 사용할 수 있다.
도 3은 일 실시예에 따른 니켈(Ni) 입자에 주석(Sn)을 도금한 도전 입자를 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 실제 니켈(Ni) 입자에 주석(Sn) 도금층이 형성된 사진으로, 니켈(Ni) 입자에 주석(Sn)을 도금한 도전 입자를 나타낸다. 이렇게 스페이서 니켈 입자(spacer Ni particles)에 솔더(solder)가 코팅된 도전 볼을 사용하게 됨으로써, 스페이서 니켈 입자(spacer Ni particles)로 인해 일정한 갭(gap)의 크기를 보장하고, 높은 갭(gap)의 크기를 유지함으로써 주석(Sn) 확산에 의한 소모를 늦출 수 있다. 또한 니켈(Ni)의 물리적 접속과 솔더(solder)의 금속화학 접속이 동시에 이루어져 전기적, 기계적으로 더 높은 성능과 신뢰성을 얻을 수 있게 된다. 더불어 기존 솔더 볼(solder ball)을 사용할 때 갭(gap)의 크기를 위해 스페이서(spacer) 기능을 하는 니켈(Ni) 볼을 사용할 필요가 없어서 도전 입자의 함량을 줄일 수 있다.
도 4는 일 실시예에 따른 솔더 코팅된 금속 도전 입자를 사용한 이방성 전도 필름의 솔더 조인트 형상을 나타내는 도면이다.
도 4a 및 도 4c는 니켈(Ni) 입자에 주석(Sn)을 도금한 도전 입자를 사용한 이방성 전도 필름(ACF)을 사용한 실제 솔더 조인트 형상을 나타내고, 도 4b는 도 4a의 부분 확대도이고, 도 4d는 도 4c의 부분 확대도를 나타낸다.
이상과 같이 실시예들은 기존에 없던 솔더가 코팅된 금속입자를 사용한 새로운 이방성 전도 필름으로, 우수한 전기 접속 성능, 우수한 신뢰성, 미세 피치/극미세 피치를 요구하는 차세대 전자기기의 전기 접속재료로 사용할 수 있다.
또한, 실시예들은 기존의 이방성 전도 필름에 사용되는 니켈(Ni)과 같은 금속 입자에 솔더(solder)를 코팅함으로써 전기적 성능이 향상되고 기계적 신뢰성이 증가하며, 미세 피치/극미세 피치에 적용할 수 있다.
그리고, 실시예들은 기존 솔더 볼(solder ball)을 사용할 때 갭(gap)의 크기를 확보하기 위해 스페이서 니켈 입자(spacer Ni particles)를 동시에 사용할 필요가 없어서 전체 도전 입자의 함량을 줄임으로써 종래의 이방성 전도 필름에 비해 이방성 전도 필름(ACF) 재료 비용 절감이 가능하다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (13)

  1. 상부 기판과 하부 기판 사이에 압착되는 이방성 전도 필름(Anisotropic Conductive Film, ACF)에 있어서,
    상기 상부 기판과 하부 기판 사이에 배치되는 접착제 층; 및
    상기 접착제 층 내에 구성되어 상기 상부 기판의 전극과 상기 하부 기판의 전극 사이를 전기적으로 접속시키는 솔더(solder)가 코팅된 금속으로 이루어지는 도전 입자들
    을 포함하는 이방성 전도 필름.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 도전 입자들은,
    니켈(Ni) 또는 동(Cu)으로 이루어진 금속 도전 입자에 솔더(solder)를 전해 또는 무전해 도금되거나 기상 코팅하여 형성되는 것
    을 특징으로 하는 이방성 전도 필름.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 도전 입자들은,
    스페이서 니켈 입자(spacer Ni particles) 또는 스페이서 동 입자(spacer Cu particles)에 솔더(solder)가 코팅된 도전 입자들로 이루어지는 것
    을 특징으로 하는 이방성 전도 필름.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 도전 입자들은,
    상기 상부 기판의 전극 및 상기 하부 기판의 전극 간 거리를 확보하고 상기 솔더(solder)의 주 성분인 주석(Sn) 확산에 의한 소모를 늦추기 위해 상기 스페이서 니켈 입자(spacer Ni particles) 또는 스페이서 동 입자(spacer Cu particles)로 인해 소정의 갭(gap)의 크기를 확보하는 것
    을 특징으로 하는 이방성 전도 필름.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 도전 입자들은,
    높은 신뢰성, 높은 커런트 캐링(current carrying) 특성, 및 낮은 접속 저항을 갖도록 상기 솔더(solder)가 코팅된 금속으로 이루어져 상기 솔더(solder)와 상기 상부 기판의 전극 및 상기 하부 기판의 전극 사이에 금속 접합에 의한 금속화학 접속을 이루는 것
    을 특징으로 하는 이방성 전도 필름.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 도전 입자들은,
    전기적 및 기계적으로 높은 성능을 갖도록 내부의 상기 금속의 물리적 접속과 상기 솔더(solder)의 금속화학 접속이 동시에 이루어지는 것
    을 특징으로 하는 이방성 전도 필름.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 도전 입자들은,
    솔더(solder)를 용융(melting)시킴에 따라 기판의 평탄도에 민감하지 않은 것
    을 특징으로 하는 이방성 전도 필름.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 이방성 전도 필름은,
    상기 솔더(solder)가 코팅된 금속으로 이루어지는 도전 입자들로 인해 미세 피치 또는 극미세 피치화된 상기 상부 기판 및 상기 하부 기판에 적용 가능한 것
    을 특징으로 하는 이방성 전도 필름.
  9. 전극이 구성되는 상부 기판;
    전극이 구성되는 하부 기판; 및
    상기 상부 기판과 하부 기판 사이에 압착되는 이방성 전도 필름(Anisotropic Conductive Film, ACF)
    을 포함하고,
    상기 이방성 전도 필름은,
    상기 상부 기판과 하부 기판 사이에 배치되는 접착제 층; 및
    상기 접착제 층 내에 구성되어 상기 상부 기판의 전극과 상기 하부 기판의 전극 사이를 전기적으로 접속시키는 솔더(solder)가 코팅된 금속으로 이루어지는 도전 입자들
    을 포함하는 이방성 전도 필름을 포함하는 구조체.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 도전 입자들은,
    스페이서 니켈 입자(spacer Ni particles) 또는 스페이서 동 입자(spacer Cu particles)에 솔더(solder)가 코팅된 도전 입자들로 이루어지는 것
    을 특징으로 하는 이방성 전도 필름을 포함하는 구조체.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 도전 입자들은,
    상기 상부 기판의 전극 및 상기 하부 기판의 전극 간 거리를 확보하고 상기 솔더(solder)의 주 성분인 주석(Sn) 확산에 의한 소모를 늦추기 위해 상기 스페이서 니켈 입자(spacer Ni particles) 또는 스페이서 동 입자(spacer Cu particles)로 인해 소정의 갭(gap)의 크기를 확보하는 것
    을 특징으로 하는 이방성 전도 필름을 포함하는 구조체.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 도전 입자들은,
    높은 신뢰성, 높은 커런트 캐링(current carrying) 특성, 및 낮은 접속 저항을 갖도록 상기 솔더(solder)가 코팅된 금속으로 이루어져 상기 솔더(solder)와 상기 상부 기판의 전극 및 상기 하부 기판의 전극 사이에 금속 접합에 의한 금속화학 접속을 이루는 동시에, 내부의 상기 금속은 상기 상부 기판의 전극 및 상기 하부 기판의 전극과 물리적 접속을 이루는 것
    을 특징으로 하는 이방성 전도 필름을 포함하는 구조체.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 기판 및 상기 하부 기판은 미세 피치 또는 극미세 피치화된 기판으로 이루어지고,
    상기 이방성 전도 필름은,
    상기 솔더(solder)가 코팅된 금속으로 이루어지는 도전 입자들로 인해 미세 피치 또는 극미세 피치화된 상기 상부 기판 및 상기 하부 기판에 적용 가능한 것
    을 특징으로 하는 이방성 전도 필름을 포함하는 구조체.
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