KR20220058708A - 감광성 이방 전도성 수지 조성물, 이를 포함하는 이방 전도성 필름 및 이를 이용하여 형성된 전자소자 - Google Patents

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김태현
오연화
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Abstract

본 발명은, 카르복시기 및 광경화 가능한 작용기를 갖는 산변성 올리고머; 2개 이상의 다관능 비닐기를 갖는 화합물을 포함하는 광중합성 모노머; 열경화 가능한 에폭시기를 갖는 열경화성 에폭시 바인더; 2개 이상의 열경화 가능한 다관능 작용기를 갖는 화합물을 포함하는 열경화성 모노머; 및 광개시제;를 포함하는 감광성 이방 전도성 수지 조성물, 이를 포함하는 이방 전도성 필름 및 이를 이용하여 형성된 전자 소자 및 그 제조 방법을 제공한다.

Description

감광성 이방 전도성 수지 조성물, 이를 포함하는 이방 전도성 필름 및 이를 이용하여 형성된 전자소자{Photosensitive anisotropic conductive resin composition, anisotropic conductive film containing same, and electronic device formed using same}
본 발명은 산변성 올리고머를 포함하는 감광성 이방 전도성 수지 조성물 및 그를 포함하는 이방 전도성 필름에 관한 것으로, 보다 상세하게는 알칼리 현상이 가능한 감광성 수지 조성물을 이용하여 포토 리소그래피 공정이 가능한 이방 전도성 필름을 제공하기 위한 감광성 이방 전도성 수지 조성물 및 그를 포함하는 이방 전도성 및 이를 이용하여 형성된 전자 소자에 관한 것이다.
이방 전도성 필름(Anisotropic conductive film: ACF)은 일반적으로 전도성 입자 등을 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 전도성 필름은 주로 에폭시 수지 조성물로 구성되며, 현재 이방 전도성 필름의 접합은 압력과 온도를 주요 접합 인자로 하는 열 압착 방식(Thermo-compression bonding: TCB)이 적용되고 있다. 이방 전도성 필름을 접속시키고자 하는 회로 사이에 위치시킨 후 일정 조건의 가열 가압 공정을 거치면 회로 단자들 사이는 전도성 입자에 의해 전기적으로 접속되고, 스페이스에는 절연성 접착 수지가 충진되어 도전성 입자가 서로 독립적으로 존재하게 되기 때문에 높은 절연성을 갖게 된다.
그러나 종래의 이방 전도성 필름은 포토리소그래피 공정을 통한 패터닝이 불가하여 원하는 부분에만 선택적으로 회로 단자를 접착시키기가 어려운 문제가 있다.
한국특허등록번호 제10-1035864호
본 발명의 기술적 사상이 이루고자 하는 기술적 과제는 언더필 공정을 수행하지 않고 실질적으로 본딩이 요구되는 패턴부에만 이방 전도성 필름의 본딩이 이루어질 수 있도록 전기적 접속을 간단하고 경제적으로 구현할 수 있는 감광성 이방 전도성 수지 조성물, 이를 포함하는 이방 전도성 필름 및 이를 이용하여 형성된 전기접속부재를 포함하는 전자 소자를 제공하는 것이다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 관점에 의하면, 감광성 이방 전도성 수지 조성물이 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 수지 조성물은 카르복시기 및 광경화 가능한 작용기를 갖는 산변성 올리고머, 2개 이상의 다관능 비닐기를 갖는 화합물을 포함하는 광중합성 모노머, 열경화 가능한 에폭시기를 갖는 열경화성 에폭시 바인더, 2개 이상의 열경화 가능한 다관능 작용기를 갖는 화합물을 포함하는 열경화성 모노머 및 광개시제를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 산변성 올리고머는 카르복시기를 갖는 중합 가능한 모노머와, 아크릴레이트계 화합물을 포함한 모노머의 공중합체일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 산변성 올리고머는 수지 조성물의 전체 중량을 기준으로 30 초과 내지 60 미만의 중량%로 포함될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 광중합성 모노머는 수지 조성물의 전체 중량을 기준으로 3 내지 15중량%로 포함될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 광중합성 모노머는 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트, 펜타에리트리아크릴레이트, 디펜타에리트리톨헥사아크릴레이트 및 디트리메틸올프로판테트라아크릴레이트로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 열경화성 모노머는 수지 조성물의 전체 중량을 기준으로 5 내지 15 중량%로 포함될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 열경화성 모노머는 트리메틸올프로판 트리글리시딜에테르, 펜타에리트리글리시딜에테르, 디펜타에리트리톨헥사글리시딜에테르 및 디트리메틸올프로판테트라글리시딜에테르로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 산변성 올리고머의 산가는 60 내지 120 mgKOH/g일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 광개시제는 벤조인과 그 알킬에테르류, 아세토페논류, 안트라퀴논류, 티오크산톤류, 케탈류, 벤조페논류, α-아미노아세토페논류, 아실포스핀옥사이드류, 옥심에스테르류, 비이미다졸류 및 트리아진류로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 광개시제는 수지 조성물의 전체 중량을 기준으로 1 내지 5 중량%로 포함될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 열경화성 에폭시 바인더는 수지 조성물의 전체 중량을 기준으로 10 내지 40 중량%로 포함될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 열경화성 에폭시 바인더는 수지 조성물의 전체 중량을 기준으로 20 내지 40 중량%로 포함될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 수지 조성물은 용매 및 열촉매로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 관점에 의하면, 감광성 이방 전도성 필름이 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 감광성 이방 전도성 필름은 카르복시기 및 광경화 가능한 작용기를 갖는 산변성 올리고머, 2개 이상의 다관능 비닐기를 갖는 화합물을 포함하는 광중합성 모노머, 열경화 가능한 에폭시기를 갖는 열경화성 에폭시 바인더, 2개 이상의 열경화 가능한 다관능 작용기를 갖는 화합물을 포함하는 열경화성 모노머, 광개시제 및 전도성 입자의 경화물을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 경화물에서, 상기 산변성 올리고머에 포함된 화합물의 카르복시기는 열경화 가능한 작용기와 가교 결합되어 있고, 상기 산변성 올리고머의 광경화 가능한 작용기는 상기 광중합성 모노머에 가교 결합되어 있을 수 있다.
본 발명의 일 관점에 의하면, 전자 소자의 제조방법이 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 제조방법은 기판을 준비하는 단계, 상기 기판 상에 감광성 이방 전도층을 형성하는 단계, 상기 감광성 이방 전도층의 일부 영역을 포토마스크를 이용하여 노광하여 상기 감광성 이방 전도층의 상기 일부 영역을 경화하는 단계 및 상기 감광성 이방 전도층의 경화되지 않은 영역을 제거하여, 상기 기판과 전기적으로 연결된 전기접속부재를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 감광성 이방 전도층의 상기 일부 영역을 경화하는 단계는 자외선을 조사함에 의하여 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 감광성 이방 전도층의 경화되지 않은 영역을 제거하는 단계는 알칼리 현상액을 이용하여 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 관점에 의하면, 전자 소자가 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 전자 소자는 패드를 포함하는 기판 및 상기 패드에 전기적으로 접촉되고, 감광성 이방 전도성 필름으로 이루어진 패턴부를 포함하는 전기접속부재를 포함할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상에 의할 경우, 포토리소그래피 공정을 통해 이방 전도성 필름을 선택적으로 광경화 시키고 경화되지 않은 영역은 알칼리 현상액으로 제거할 수 있게 된다. 따라서, 원하는 영역에만 선택적으로 이방 전도성 필름 패턴을 형성할 수 있고, 상기 이방 전도성 필름 패턴이 있는 영역에만 선택적으로 전기 접속을 가능하게 할 수 있다. 또한, 상기 감광성 이방 전도층으로 구성된 전기접속부재가 열경화 압착되어 기판과 반도체 다이 사이의 빈 공간 또는 기판과 인쇄회로기판 사이의 빈 공간을 메우게 되어, 통상적인 언더필 공정을 생략하여 공정을 단순화할 수 있다.
상술한 본 발명의 효과들은 예시적으로 기재되었고, 이러한 효과들에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 산변성 올리고머를 제조하는 방법을 예시적으로 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 감광성 이방 전도성 수지 조성물을 이용하여 전자 소자를 제조하는 과정을 개략적으로 도시한 공정도이다.
도 3 내지 도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 전자 소자를 제조하는 공정 순서에 따라 도시한 단면도들이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 전자 소자를 제조하는 공정 순서에 따라 도시한 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 기술적 사상을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 기술적 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 본 명세서에서 동일한 부호는 시종 동일한 요소를 의미한다. 나아가, 도면에서의 다양한 요소와 영역은 개략적으로 그려진 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 사상은 첨부한 도면에 그려진 상대적인 크기나 간격에 의해 제한되지 않는다.
본 발명은, 카르복시기 및 광경화 가능한 작용기를 갖는 산변성 올리고머, 2개 이상의 아크릴레이트기를 갖는 화합물을 포함하는 광중합성 모노머, 열경화 가능한 에폭시 작용기를 가지는 열경화성 에폭시 바인더, 2개 이상의 열경화 가능한 다관능 작용기를 갖는 열경화성 모노머 및 광개시제를 포함하는 감광성 이방 전도성 수지 조성물을 제공한다.
또한, 본 발명은, 카르복시기 및 광경화 가능한 작용기를 갖는 산변성 올리고머, 2개 이상의 아크릴레이트기를 갖는 화합물을 포함하는 광중합성 모노머, 열경화 가능한 에폭시 작용기를 가지는 열경화성 에폭시 바인더, 2개 이상의 열경화 가능한 다관능 작용기를 갖는 열경화성 모노머, 광개시제 및 전도성 입자의 경화물을 포함하고, 포토리소그래피 공정이 가능한 감광성 이방 전도성 필름을 제공한다.
이하, 본 발명의 구현예에 따른 광경화성 및 열경화성을 갖는 감광성 이방 전도성 수지 조성물을 각 성분별로 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
감광성 이방 전도성 수지 조성물
산변성 올리고머
산변성 올리고머는 광경화 가능한 작용기, 예를 들어, 아크릴레이트기나 불포화 이중 결합을 갖는 경화 가능한 작용기 및 알칼리 현상이 가능한 카르복시기를 분자 내에 갖는 올리고머로서, 이전부터 광경화성 수지 조성물에 사용 가능한 것으로 알려진 모든 성분을 별다른 제한 없이 사용할 수 있다.
감광성 이방 전도성 수지 조성물을 이용하여 포토리소그래피 공정을 수행하는 경우, 노광 부분은 아크릴레이트 등의 불포화 작용기를 갖는 광경화 가능한 작용기 간의 경화 반응이 유도되고, 비노광 부분은 광경화 반응이 일어나지 않으며 카르복시기로 인해 알칼리 현상액으로 용이하게 제거된다. 이에 따라, 이방 전도성 필름 패턴을 원하는 형태로 형성할 수 있게 된다.
산변성 올리고머의 주쇄는 노볼락 에폭시, 폴리우레탄, 비스페놀 A, 비스페놀 F 등이 될 수 있고, 이러한 주쇄에 카르복시기와 아크릴레이트기 등이 도입된 산변성 올리고머로서 사용할 수 있다. 산변성 올리고머의 보다 구체적인 예로는 산변성 에폭시 아크릴레이트계 화합물일 수 있다. 도 1은 일 실시예에 따른 산변성 올리고머의 제조방법을 나타낸 것이다. 도 1을 참조하면, 산변성 올리고머는 크레졸노볼락형 에폭시 수지 등의 다관능 에폭시 화합물과 불포화 모노카르복실산 및 다이카르복실산을 반응시켜 얻어지는 화합물일 수 있다. 상업적으로 입수 가능한 수지의 구체적인 예로는 Shin-A T&C사의 JEA-1090, SAP-2100, 일본화약사의 KARAYAD CCR-1291H, ZAR-2000, UXE-3000 등을 들 수 있다.
상기 산변성 에폭시 아크릴레이트는 5,000g/mol 내지 30,000g/mol의 중량평균분자량을 가질 수 있으며, 산가는 60mg KOH/g 내지 120mg KOH/g을 가질 수 있다. 중량평균분자량이 너무 크면 현상성이 저하되어 패턴 형성능이 떨어지고, 중량평균분자량이 너무 작으면 현상이 과도하게 되거나 필름의 도막 형성능이 떨어지는 문제가 발생할 수 있다. 수지의 산가가 60㎎ KOH/g 미만이면 알칼리 현상이 곤란해지고, 120㎎ KOH/g를 초과하면 현상액에 의한 노광부의 용해가 진행되기 때문에, 필요 이상으로 라인이 가늘어지거나, 경우에 따라서는 노광부와 비노광부의 구별없이 현상액으로 용해 박리되어 버려, 정상적인 레지스트 패턴의 형성이 곤란해지므로 바람직하지 않다.
수지 조성물의 전체 중량에 대하여 산변성 올리고머의 함량은 30 초과 내지 60 미만의 중량% 포함될 수 있다. 함량이 너무 적으면 현상성이 떨어지고, 함량이 너무 많으면 필름의 도막 형성능이 떨어진다.
광중합성 모노머
광중합성 모노머는 2개 이상의 다관능 비닐기를 갖는 광경화 가능한 불포화 작용기를 갖는 화합물로서, 광중합 시 가교 역할을 한다. 포토리소그래피 공정 시 상기 산변성 올리고머의 불포화 작용기와 가교 결합을 형성하여 노광부의 수지 조성물이 알칼리 현상되지 않고 기판 상에 잔류하도록 할 수 있다. 상기 광중합성 모노머는 상온에서 액상인 것을 사용했을 때 수지 조성물의 점도 조절 및 비노광부의 현상성을 보다 향상시킬 수 있다.
광중합성 모노머의 구체적인 예로는 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트, 펜타에리트리아크릴레이트, 디펜타에리트리톨헥사아크릴레이트, 디트리메틸올프로판테트라아크릴레이트 등을 사용할 수 있다.
광중합성 모노머의 함량은 감광성 이방 전도성 수지 조성물 전체 중량에 대하여 약 3 내지 15 중량%인 것이 바람직하다. 상기 광중합성 모노머는 3중량% 미만으로 사용할 경우에는 광경화 반응이 충분히 일어나지 못하고, 15중량%를 초과하여 사용할 경우에는 수지 조성물의 점도가 낮아지고 이방 전도성 필름의 도막 형성능이 떨어진다.
열경화성 에폭시 바인더
열경화성 에폭시 바인더는 열경화에 의해 산변성 올리고머 및/또는 열경화성 모노머와 가교 결합을 형성해 이방 전도성 필름의 내열성 또는 기계적 물성을 담보할 수 있다. 상기 열경화성 에폭시 바인더의 구체적인 예로는, 노볼락 에폭시, 페놀 노볼락 에폭시, 크레졸 노볼락 에폭시, 비스페놀 A형 에폭시, 비스페놀 F형 에폭시 등을 들 수 있다.
이러한 열경화성 에폭시 바인더의 연화점은 50 내지 100℃로 될 수 있고, 이를 통해 라미네이션시 요철을 줄일 수 있다. 연화점이 낮은 경우 이방 전도성 필름의 끈적임(tackiness)가 높아져 필름의 도막 형성능이 저하될 수 있고, 높을 경우 흐름성이 악화될 수 있다.
상기 열경화성 에폭시 바인더의 함량은 10 내지 40 중량%일 수 있으며, 바람직하게는 20 내지 40 중량%일 수 있다. 수지 내 열경화성 에폭시 바인더의 함량이 낮은 경우 필름의 도막 형성능이 떨어지고 열경화 반응이 충분하지 못해 이방 전도성 필름의 열압착 공정 후 회로 간 접착력 및 내열 특성이 저하되는 문제가 발생할 수 있다. 또한 상기 열경화성 에폭시 바인더는 열압착 공정에서 산변성 올리고머의 카르복시기와 경화를 일으킬 수 있는데, 열경화성 에폭시 바인더의 함량이 지나치게 낮아지면 열압착 후 카르복시기 잔류량이 높아져 내열성 저하 및 흡습성이 높아지는 문제가 발생하여 신뢰성이 떨어질 수 있다.
열경화성 에폭시 바인더의 중량평균분자량은 500g/mol 내지 20,000g/mol 일 수 있다. 중량평균분자량이 너무 낮은 경우 역시 수지 조성물의 점도가 낮아 도막 형성능이 떨어지고 열경화가 충분치 못해 내열성 및 도막 강도 저하 등의 문제가 발생할 수 있다.
열경화성 모노머
열경화성 모노머는 2개 이상의 열경화 가능한 다관능 작용기를 갖는 화합물로서, 상기 열경화성 에폭시 바인더 및 산변성 올리고머와 열압착 공정에서 가교 결합을 형성하여 회로 간 접착력 및 내열 특성을 확보할 수 있다.
열경화성 모노머의 구체적인 예로는 트리메틸올프로판 트리글리시딜에테르, 펜타에리트리글리시딜에테르, 디펜타에리트리톨헥사글리시딜에테르, 디트리메틸올프로판테트라글리시딜에테르 등을 사용할 수 있다.
열경화성 모노머의 함량은 수지 조성물 전체 중량에 대하여 약 5 내지 20 중량%가 바람직하다. 열경화성 모노머의 함량이 너무 적으면 열압착 후 경화도가 낮아 내열성 및 접착력이 저하되고, 너무 많으면 수지 조성물의 점도가 낮아지고 이방 전도성 필름의 도막 형성능이 떨어진다.
광개시제
본 발명의 일 구현예의 감광성 이방 전도성 수지 조성물은 광개시제를 포함한다. 이러한 광개시제는, 예를 들어, 수지 조성물의 노광부에서 라디칼 광경화를 개시하는 역할을 한다.
상기 광개시제는 패터닝시 노광에 의해 산변성 올리고머 및 광중합성 모노머의 불포화 작용기 간의 가교 결합을 유도할 수 있는 화합물이다. 광개시제로서는 공지의 것을 사용할 수 있고, 벤조인, 벤조인메틸에테르, 벤조인에틸에테르 등의 벤조인과 그 알킬에테르류; 아세토페논, 2,2-디메톡시-2-페닐아세토페논, 1,1-디클로로아세토페논, 4-(1-t-부틸디옥시-1-메틸에틸)아세토페논 등의 아세토페논류; 2-메틸안트라퀴논, 2-아밀안트라퀴논, 2-t-부틸안트라퀴논, 1-클로로안트라퀴논 등의 안트라퀴논류; 2,4-디메틸티오크산톤, 2,4-디이소프로필티오크산톤, 2-클로로티오크산톤 등의 티오크산톤류; 아세토페논디메틸케탈, 벤질디메틸케탈 등의 케탈류; 벤조페논, 4-(1-t-부틸디옥시-1-메틸에틸)벤조페논, 3,3',4,4'-테트라키스(t-부틸디옥시카르보닐)벤조페논 등의 벤조페논류와 같은 물질들을 사용할 수 있다.
또한, 2-메틸-1-[4-(메틸티오)페닐]-2-모르폴리노프로파논-1,2-벤질-2-디메틸아미노-1-(4-몰포리노페닐)-부탄-1-온, 2-(디메틸아미노)-2-[(4-메틸페닐)메틸]-1-[4-(4-몰포리닐)페닐]-1-부타논, N,N-디메틸아미노아세토페논(시판품으로서는 치바스페셜리티케미컬사(현, 치바저팬사) 제품의 이루가큐어(등록상표) 907, 이루가큐어 369, 이루가큐어 379 등) 등의 α-아미노아세토페논류, 2,4,6-트리메틸벤조일디페닐호스핀옥사이트, 비스(2,4,6-트리메틸벤조일)-페닐포스핀옥사이드, 비스(2,6-디메톡시벤조일)-2,4,4-트리메틸-펜틸포스핀옥사이드(시판품으로서는, BASF사 제품 루실린(등록상표) TPO, 치바스페셜리티케미컬사 제품의 이루가큐어 819 등) 등의 아실포스핀옥사이드류가 바람직한 광개시제로서 언급될 수 있다.
또한, 바람직한 광개시제로서는, 옥심에스테르류를 들 수 있다. 옥심에스테르류의 구체예로서는 2-(아세틸옥시이미노메틸)티오크산텐-9-온, (1,2-옥탄디온, 1-[4-(페닐티오)페닐]-, 2-(O-벤조일옥심)), (에탄온, 1-[9-에틸-6-(2-메틸벤조일)-9H-카르바졸-3-일]-, 1-(O-아세틸옥심)) 등을 들 수 있다. 시판품으로서는 치바스페셜리티케미컬사 제품의 GGI-325, 이루가큐어 OXE01, 이루가큐어 OXE02, ADEKA사 제품 N-1919, 치바스페셜리티케미컬사의 Darocur TPO 등을 들 수 있다.
또한, 비이미다졸계 화합물, 트리아진계 화합물 등을 사용할 수 있으며 이들에 한정되는 것은 아니고 단독으로 혹은 2종 이상을 혼합하여 사용할 수도 있다.
상기 광개시제의 함량은 수지 조성물 전체에 대하여 약 1 내지 5중량%로 될 수 있다. 광개시제의 함량이 지나치게 적으면 광경화가 제대로 일어나지 않을 수 있고, 반대로 지나치게 커지면 수지 조성물의 해상도가 저하되거나 이방 전도성 필름의 신뢰성이 충분하지 않을 수 있다.
열촉매
상기 열촉매는 열경화성 바인더 및 열경화성 모노머의 열경화 반응을 촉진시키는 역할을 한다.
이러한 열촉매로서는, 예를 들면 이미다졸, 2-메틸이미다졸, 2-에틸-4-메틸이미다졸, 2-페닐이미다졸, 4-페닐이미다졸, 1-시아노에틸-2-페닐이미다졸, 1-(2-시아노에틸)-2-에틸-4-메틸이미다졸 등의 이미다졸 유도체; 디시안디아미드, 벤질디메틸아민, 4-(디메틸아미노)-N,N-디메틸벤질아민 등의 아민 화합물; 아디프산 디히드라지드, 세박산 디히드라지드 등의 히드라진 화합물; 트리페닐포스핀 등의 인 화합물 등을 들 수 있다. 또한, 시판되고 있는 것으로서는, 예를 들면 시코쿠 가세이 고교사 제조의 2MZ-A, 2MZ-OK, 2PHZ, 2P4BHZ, 2P4MHZ(모두 이미다졸계 화합물의 상품명), 산아프로사 제조의 U-CAT3503N, UCAT3502T(모두 디메틸아민의 블록이소시아네이트 화합물의 상품명), DBU, DBN, U-CATSA102, U-CAT5002(모두 이환식 아미딘 화합물 및 그의 염) 등을 들 수 있다. 특히 이들에 한정되는 것이 아니고, 에폭시 수지나 옥세탄 화합물의 열경화 촉매, 또는 에폭시기 및/또는 옥세타닐기와 카르복시기의 반응을 촉진하는 것일 수 있고, 단독으로 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수도 있다. 또한, 구아나민, 아세토구아나민, 벤조구아나민, 멜라민, 2,4-디아미노-6-메타크릴로일옥시에틸-S-트리아진, 2-비닐-4,6-디아미노-S-트리아진, 2-비닐-4,6-디아미노-S-트리아진·이소시아누르산 부가물, 2,4-디아미노-6-메타크릴로일옥시에틸-S-트리아진·이소시아누르산 부가물 등의 S-트리아진 유도체를 이용할 수도 있고, 바람직하게는 이들 밀착성 부여제로서도 기능하는 화합물을 상기 열촉매와 병용할 수 있다.
상기 열촉매의 함량은 수지 조성물 전체에 대하여 약 0.3 내지 5중량%로 될 수 있다.
용매
상기 광경화성 및 열경화성을 갖는 수지 조성물을 용해시키거나 적절한 점도를 부여하기 위해 1개 이상의 용매를 혼용하여 사용할 수 있다.
용매로는 디메틸아세트아마이드, 디메틸포름아마이드(DMF), 메틸에틸케톤, 에틸아세테이트, 톨루엔, 프로필렌그라이콜 메틸에테르 아세테이트, 프로필렌그라이콜 메틸에테르 등을 들 수 있다.
상기 용매의 함량은 용매를 제외한 수지 조성물 전체 100중량%에 대하여 약 10 내지 90중량%가 될 수 있으며, 이방 전도성 필름의 두께에 따라서 조절 가능하다.
감광성 이방 전도성 필름 및 이를 이용하여 형성된 전자 소자
본 발명의 실시예에 따른 감광성 이방 전도성 필름을 이용한 전자 소자의 제조 방법은, 기판을 준비하는 단계; 상기 기판 상에 감광성 이방 전도성 필름을 부착하는 단계; 상기 감광성 이방 전도성 필름의 일부 영역을 포토마스크를 이용하여 노광하여 상기 감광성 이방 전도성 필름의 상기 일부 영역을 경화하는 단계; 및 상기 감광성 이방 전도성 필름의 경화되지 않은 영역을 알칼리 현상액으로 제거하는 단계; 경화되어 남아 있는 영역에 대하여, 상기 기판과 가열 가압 공정을 통해 접착시켜 전기적으로 연결된 전기접속부재를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
본 명세서에서 전자 소자는 터치패널, 발광소자 및 표시장치 등을 모두 포함하는 의미로 사용된다.
도 2는 본 발명의 일 구현예의 광경화성 및 열경화성을 갖는 감광성 이방 전도성 수지 조성물을 이용하여 감광성 이방 전도성 필름 및 전자 소자를 제조하는 과정을 개략적으로 도시한 공정도이다.
보다 상세하게는, 먼저 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리카보네이트, 폴리이미드, 폴리에스테르, 폴리프로필렌 등의 캐리어 필름(Carrier Film)에 감광성 이방 전도성 수지를 콤마 코터, 블레이드 코터, 롤 코터, 그라비아 코터, 등의 방식으로 도포한 후 50 내지 120℃ 온도의 오븐에서 1분 내지 5분간 건조시킨 다음, 이형 필름(Release Film)을 적층하여 감광성 이방 전도성 필름을 보호한다. 상기 감광성 필름의 두께는 5 내지 50μm 정도가 될 수 있다. 이 때, 캐리어 필름으로는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에스테르 필름, 폴리이미드 필름, 폴리아미드이미드 필름, 폴리프로필렌 필름, 폴리스티렌 필름 등의 플라스틱 필름을 사용할 수 있고, 이형 필름으로는 폴리에틸렌(PE), 폴리테트라플루오로에틸렌 필름, 폴리프로필렌 필름, 표면 처리한 종이 등을 사용할 수 있으며, 이형 필름을 박리할 때 감광성 필름과 캐리어 필름의 접착력보다 감광성 필름과 이형 필름의 접착력이 낮은 것이 바람직하다.
다음, 이형 필름을 제거한 후 회로가 형성된 기판 위에 이방 전도성 필름을 라미네이터를 이용하여 접합시킨다.
다음, 상기 기재에 포토 마스크를 사용하여 UV 노광기로 노광(Exposure)한다. 이때 노광량은 도막 두께에 따라 다를 수 있으나 5 내지 1000mJ/cm2가 바람직하다.
다음, 알칼리 현상액을 이용하여 비노광부를 제거한다. 상기 알칼리 현상액은 수산화칼륨, 수산화나트륨 등을 알칼리 수용액을 사용할 수 있다. 이러한 현상에 의해, 노광부의 필름만이 잔류할 수 있다.
남아 있는 노광부 영역에 대하여 열 압착 공정을 통해 접착시켜 전기적으로 연결된 전기접속부재를 형성한다. 해당 열 압착 공정은 120 내지 180℃, 0.5 내지 4MPa, 10 내지 60초간 수행한다.
도 3 내지 도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 전자 소자(100, 200)를 제조하는 공정 순서에 따라 도시한 단면도들이다.
도 3을 참조하면, 기판(110)을 준비한다. 기판(110)은 반도체 분야에서 사용되는 다양한 기판을 포함할 수 있고, 예를 들어 실리콘(silicon), 갈륨-비소(gallium-arsenic), 유리(glass), 세라믹(ceramic), 플라스틱(plastic), 또는 폴리머(polymer)를 포함하는 기판으로 구성될 수 있다. 기판(110)은 다양한 반도체 소자들이 형성된 소자층(112) 및 소자층(112) 상에 배치되고 배선들(116)이 형성된 배선층(114)을 포함할 수 있다. 배선층(114)은 예를 들어 인터포저(interposer)로 구성될 수 있다. 이하에서는, 배선(116) 중에서 배선층(114)의 상측에 노출되어 전기접속부재(140)와 접촉되는 부분을 패드로 지칭하기로 한다.
도 4를 참조하면, 기판(110) 상에 감광성 이방 전도층(120)을 형성한다. 감광성 이방 전도층(120)은 비전도성 물질(122)과 전도성 분말(124)을 포함할 수 있다. 감광성 이방 전도층(120)은 전도성 분말(124)에 의하여 기판(110)에 대하여 수직 방향으로는 전기전도성을 가지게 되며, 비전도성 물질(122)에 의하여 기판(110)에 대하여 수평 방향으로는 전기전도성을 가지지 않게 된다. 따라서, 전기전도성에 있어서 이방성(anisotropic)을 나타내게 된다. 전도성 분말(124)은 금속 또는 금속 합금 입자를 사용하거나 유기, 무기 입자 위에 금속으로 코팅한 것을 사용할 수 있다. 예를 들어, 텅스텐 분말, 니켈 분말, 은 분말, 탄소 분말, 금속 코팅 폴리머 분말, 금-주석 합금 분말 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 상기 수지 조성물 전체 함량을 100%로 했을 때 전도성 분말(124)의 함량은 5 내지 40중량%가 될 수 있다.
또한, 도 4에서는 전도성 분말(124)이 한 층으로 배열되도록 도시되어 있으나 이는 예시적이며 복수의 전도성 분말(124)이 적층되어 원하는 전기적 경로를 형성하는 경우도 본 발명의 기술적 사상에 포함된다. 전도성 분말(124)의 크기는 동일하거나 또는 서로 다른 다양한 분포를 가지는 경우도 본 발명의 기술적 사상에 포함된다.
감광성 이방 전도층(120)은 접착 필름으로 구성된 감광성 이방성 전도 물질을 기판(110) 상에 필름 접착 공정 방식을 이용하여 부착하여 형성하거나, 또는 액상 접착제로 구성된 감광성 이방성 전도 물질을 기판(110) 상에 스핀 코팅 방식을 이용하여 도포하여 기판(110) 상에 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 감광성 이방 전도층(120)을 기판(110) 표면에 코팅하고 포토리소그래피 방법을 적용하여 원하는 형상의 패턴을 형성한다. 도 5를 참조하면, 감광성 이방 전도층(120)의 일부 영역을 포토마스크(130)를 이용하여 노광하여, 감광성 이방 전도층(120)의 상기 일부 영역을 경화시킨다. 이러한 경화는 자외선을 조사함에 의하여 구현할 수 있다. 포토마스크(130)는 원하는 소정의 패턴이 형성되고, 상기 패턴에 의하여 감광성 이방 전도층(120)의 경화가 필요한 영역은 조사되는 자외선(UV)을 투과시키고, 감광성 이방 전도층(120)의 경화가 필요하지 않은 영역은 조사되는 자외선을 차단시킨다.
도 6을 참조하면, 감광성 이방 전도층(120)의 경화되지 않은 영역을 제거하여, 기판(110) 또는 기판(110)의 배선층(114)과 전기적으로 연결된 전기접속부재(140)를 형성한다. 필요한 경우, 전기접속부재(140)에 열을 인가하여 열경화 압착시켜, 전기접속부재(140)를 기판(110)에 안정적으로 부착할 수 있다. 이에 따라, 전자 소자(100)를 완성한다.
전기접속부재(140)는 기판(110)의 배선층(114)의 상측에 배치된 패드들 상에 전기적으로 연결되도록 국부적으로 배치되고, 상기 패드들이 형성되지 않은 영역에는 배치되지 않는 형상을 가지는 전기접속부재를 의미한다.
도 6에 도시된 전자 소자(100)는, 패드를 포함하는 기판(110); 및 감광성 이방 전도층을 패터닝하여 형성되고, 기판(110)의 상기 패드에 전기적으로 접촉된 전기접속부재(140)를 포함한다. 이러한 경우에는, 전기접속부재(140)를 포함하는 기판(110)이 웨이퍼 레벨을 위한 베이스 기판으로 기능할 수 있다.
도 7을 참조하면, 전기접속부재(140) 상에, 전기접속부재(140)와 전기적으로 연결된 하나 또는 그 이상의 반도체 다이들(160)을 배치한다. 반도체 다이들(160)은 전기접속부재(140) 상에 위치할 수 있다. 전기접속부재(140)는 반도체 다이들(160)의 하측면에 필요한 영역에 국한하여 접촉할 수 있다. 필요한 경우, 전기접속부재(140)에 열을 인가하여 열경화 압착시켜, 전기접속부재(140)를 기판(110) 및 반도체 다이들(160) 각각에 안정적으로 부착할 수 있다. 이에 따라, 전자 소자(200)를 완성한다.
도 7에 도시된 전자 소자(200)는, 패드를 포함하는 기판(110); 감광성 이방 전도층을 패터닝하여 형성되고, 기판(110)의 상기 패드에 전기적으로 연결된 전기접속부재(140); 및 전기접속부재(140) 상에 배치되어, 전기접속부재(140)와 전기적으로 연결된 하나 또는 그 이상의 반도체 다이들(160)을 포함한다. 반도체 다이들(160)은 다양한 반도체 다이들을 포함할 수 있다. 이러한 경우에는, 전기접속부재(140)를 포함하는 기판(110)이 웨이퍼 레벨을 위한 베이스 기판으로 기능할 수 있다.
도 8을 참조하면, 전기접속부재(140)가 형성된 기판(110)을 싱귤레이션하여 개별화된 구조체를 인쇄회로기판(170) 상에 배치하여, 인쇄회로기판(170)과 전기접속부재(140)를 전기적으로 연결한다. 필요한 경우, 전기접속부재(140)에 열을 인가하여 열경화 압착시켜, 전기접속부재(140)를 기판(110) 및 인쇄회로기판(170) 각각에 안정적으로 부착할 수 있다. 이에 따라, 전자 소자(300)를 완성한다.
도 8에 도시된 전자 소자(300)는, 패드를 포함하는 기판(110); 감광성 이방 전도층을 패터닝하여 형성되고, 상기 패드에 전기적으로 연결된 전기접속부재(140); 및 전기접속부재(140)를 기준으로 기판(110)에 대하여 반대쪽으로 배치되고, 전기접속부재(140)와 전기적으로 연결된 인쇄회로기판(170)을 포함한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지는 않는다 할 것이다.
<실시예>
산변성 올리고머로서 신아T&C의 JEA-1090, 광중합성 모노머로서 Sigma Aldrichi의 디트리메틸올프로판테트라아크릴레이트, 열경화성 에폭시 바인더로서 Sigma Aldrichi의 크레졸 노볼락 에폭시(Poly[(o-cresyl glycidyl ether)-co-formaldehyde]), 열중합성 모노머로서 Sigma Aldrichi의 트리메틸올프로판 트리글리시딜에테르, 광개시제로서 Sigma Aldrichi의 Diphenyl(2,4,6-trimethylbenzoyl)phosphine oxide, 열촉매로서 Sigma Aldrichi의 2-Ethyl-4-methylimidazole, 용매로서 Sigma Aldrichi의 디메틸포름아마이드, 전도성 입자로서 Sn52In solder ball를 각각 사용하여 각 성분을 배합하고 교반한 후 ball mill 장비로 필러를 분산시켜 광경화성 및 열경화성을 갖는 감광성 이방 전도성 수지 조성물을 각각 제조하였다. 표 1에 실시예 및 비교예에 따른 각 성분의 조성비를 나타내었다.
산변성
올리고머 (%)		 광중합성 모노머(%) 열경화성 에폭시 바인더(%) 열경화성 모노머(%) 광개시제(%) 열촉매 (%) 용매 (%) 전도성 입자(%)
실시예 1 50 10 24 10 4 2 40 20
실시예 2 55 5 25 9 4 2 40 20
실시예 3 45 10 25 14 4 2 40 20
실시예 4 39 10 35 10 4 2 40 20
실시예 5 48 13 20 13 4 2 40 20
비교예 1 28 10 46 10 4 2 40 20
비교예 2 60 7 20 7 4 2 40 20
비교예 3 50 10 14 10 4 2 40 20
상기 감광성 이방 전도성 수지 조성물을 IKA 사의 T 18 basic ULTRA-TURRAX 균질기로 30초 간 분산하여 열경화성 모노머의 분리된 상이 고루 분산되도록 하였다. 이때, 수지 조성물의 온도는 30℃ 이하로 유지하였다.
<실험예>
상기 실시예 및 비교예에서 제조한 ACF에 대하여 다음과 같이 물성을 측정하였고, 그 결과들을 하기 표 2에 나타내었다.
(1) 필름 도막 형성능
폴리에틸렌테레프탈레이트 (PET) 캐리어 필름에 감광성 이방 전도성 수지를 콤마 코터 방식으로 도포한 후 90℃ 온도의 오븐에서 2분간 건조시킨다. 건조 후 필름 표면의 끈적임(Tackyness)이 높아 이형 필름 적층시 상기 감광성 이방 전도성 필름이 이형 필름으로 전사되는 경우 ‘O’, 전사되지 않는 경우 ‘X’로 표기하였다.
(2) 패턴 형성능
상기 이형 필름을 제거한 후 회로가 형성된 기판 위에 감광성 이방 전도성 필름을 라미네이터를 이용하여 접합시킨 후 포토 마스크를 사용하여 UV 노광기로 1000mJ/cm2 노광량으로 조사하였다. 다음, 2wt% NaHCO3 알칼리 현상액을 이용하여 비노광부를 제거하였다. 이 때, 비노광부가 현상되지 않고 잔류층이 존재하거나 노광부 패턴 영역의 일부가 현상액에 의해 소실되는 경우 패턴 형성능 ‘X’라고 표기하였다.
(3) 전기접속 여부
남아 있는 노광부 패턴 영역에 대하여 열 압착 공정을 통해 접착시켜 전기적으로 연결된 전기접속부재를 형성하였다. 해당 열 압착 공정은 150℃, 2MPa, 10초간 수행하였다. 이 때, 접속 저하 0.5Ω 이하인 경우 전기접속 여부 ‘O’, 0.5Ω 초과인 경우 전기접속 여부 ‘X’로 표기하였다.
필름 도막 형성능 패턴 형성능 전기접속
여부
실시예 1 O O O
실시예 2 O O O
실시예 3 O O O
실시예 4 O O O
실시예 5 O O O
비교예 1 O X -
비교예 2 O X -
비교예 3 X O O
상기 표 2에서 나타나듯이, 열경화성 에폭시 바인더의 함량이 20% 미만일때 필름 도막 형성능이 떨어지며, 산변성 올리고머의 함량이 30 초과 60 미만일 때 패턴 형성능이 양호한 것으로 확인되었다. 전기접속의 경우 패턴이 형성되지 않은 비교예 1 및 2의 경우 평가하지 않았으며 그 외의 실험에서는 모두 열압착 후에 전기 접속이 되는 것을 확인하였다.
이상에서 설명한 본 발명의 기술적 사상이 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은, 본 발명의 기술적 사상이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
100, 200: 전자 소자,
110: 기판, 112: 소자층, 114: 배선층,
120: 감광성 이방 전도층,
122: 비전도성 물질, 124: 전도성 분말, 130: 포토마스크,
140: 전기접속부재
160: 반도체 다이들, 170: 인쇄회로기판

Claims (19)

  1. 카르복시기 및 광경화 가능한 작용기를 갖는 산변성 올리고머;
    2개 이상의 다관능 비닐기를 갖는 화합물을 포함하는 광중합성 모노머;
    열경화 가능한 에폭시기를 갖는 열경화성 에폭시 바인더;
    2개 이상의 열경화 가능한 다관능 작용기를 갖는 화합물을 포함하는 열경화성 모노머; 및
    광개시제;를 포함하는 감광성 이방 전도성 수지 조성물.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 산변성 올리고머는 카르복시기를 갖는 중합 가능한 모노머와, 아크릴레이트계 화합물을 포함한 모노머의 공중합체인 감광성 이방 전도성 수지 조성물.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 산변성 올리고머는 수지 조성물의 전체 중량을 기준으로 30 초과 내지 60 미만의 중량%로 포함되는 감광성 이방 전도성 수지 조성물.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 광중합성 모노머는 수지 조성물의 전체 중량을 기준으로 3 내지 15중량%로 포함되는 감광성 이방 전도성 수지 조성물.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 광중합성 모노머는 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트, 펜타에리트리아크릴레이트, 디펜타에리트리톨헥사아크릴레이트 및 디트리메틸올프로판테트라아크릴레이트로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 감광성 이방 전도성 수지 조성물.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 열경화성 모노머는 수지 조성물의 전체 중량을 기준으로 5 내지 15 중량%로 포함되는 감광성 이방 전도성 수지 조성물.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 열경화성 모노머는 트리메틸올프로판 트리글리시딜에테르, 펜타에리트리글리시딜에테르, 디펜타에리트리톨헥사글리시딜에테르 및 디트리메틸올프로판테트라글리시딜에테르로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 감광성 이방 전도성 수지 조성물.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 산변성 올리고머의 산가는 60 내지 120 mgKOH/g인 감광성 이방 전도성 수지 조성물.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 광개시제는 벤조인과 그 알킬에테르류, 아세토페논류, 안트라퀴논류, 티오크산톤류, 케탈류, 벤조페논류, α-아미노아세토페논류, 아실포스핀옥사이드류, 옥심에스테르류, 비이미다졸류 및 트리아진류로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 감광성 이방 전도성 수지 조성물.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 광개시제는 수지 조성물의 전체 중량을 기준으로 1 내지 5 중량%로 포함되는 감광성 이방 전도성 수지 조성물.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 열경화성 에폭시 바인더는 수지 조성물의 전체 중량을 기준으로 10 내지 40 중량%로 포함되는 감광성 이방 전도성 수지 조성물.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 열경화성 에폭시 바인더는 수지 조성물의 전체 중량을 기준으로 20 내지 40 중량%로 포함되는 감광성 이방 전도성 수지 조성물.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 수지 조성물은 용매 및 열촉매로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 더 포함하는 감광성 이방 전도성 수지 조성물.
  14. 카르복시기 및 광경화 가능한 작용기를 갖는 산변성 올리고머;
    2개 이상의 다관능 비닐기를 갖는 화합물을 포함하는 광중합성 모노머;
    열경화 가능한 에폭시기를 갖는 열경화성 에폭시 바인더;
    2개 이상의 열경화 가능한 다관능 작용기를 갖는 화합물을 포함하는 열경화성 모노머;
    광개시제; 및
    전도성 입자;의 경화물을 포함하는 감광성 이방 전도성 필름.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 경화물에서, 상기 산변성 올리고머에 포함된 화합물의 카르복시기는 열경화 가능한 작용기와 가교 결합되어 있고,
    상기 산변성 올리고머의 광경화 가능한 작용기는 상기 광중합성 모노머에 가교 결합되어 있는 감광성 이방 전도성 필름.
  16. 기판을 준비하는 단계;
    상기 기판 상에 감광성 이방 전도층을 형성하는 단계;
    상기 감광성 이방 전도층의 일부 영역을 포토마스크를 이용하여 노광하여 상기 감광성 이방 전도층의 상기 일부 영역을 경화하는 단계; 및
    상기 감광성 이방 전도층의 경화되지 않은 영역을 제거하여, 상기 기판과 전기적으로 연결된 전기접속부재를 형성하는 단계;를 포함하는,
    전자 소자의 제조방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 감광성 이방 전도층의 상기 일부 영역을 경화하는 단계는 자외선을 조사함에 의하여 이루어지는,
    전자 소자의 제조방법.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 감광성 이방 전도층의 경화되지 않은 영역을 제거하는 단계는 알칼리 현상액을 이용하여 이루어지는,
    전자 소자의 제조방법.
  19. 패드를 포함하는 기판; 및
    상기 패드에 전기적으로 접촉되고, 감광성 이방 전도성 필름으로 이루어진 패턴부를 포함하는 전기접속부재; 를 포함하는,
    전자 소자.
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