KR20220082446A - 연신성 acf, 이의 제조방법, 이를 포함하는 계면 접합 부재 및 소자 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 연신성 ACF, 이의 제조방법, 이를 포함하는 계면 접합 부재 및 소자를 제공한다.
Description
본 발명은 연신성 ACF, 이의 제조방법, 이를 포함하는 계면 접합 부재 및 소자에 관한 것이다.
소프트 전자 제품은 신축성 디스플레이, 이식형 의료 기기 및 전자 웨어러블 기기와 같은 광범위한 응용 분야에서 큰 관심을 받고 있다. 연구가 진행되고 발전함에 따라 연구자들은 더 복잡하고 다층적인 장치를 제작해 왔다. 그러나 상용화에 가까워 지려면 복잡한 소프트 디바이스에서 해결해야 할 문제가 여전히 남아 있는 실정이다.
그중 하나는 장치와 레이어 간의 물리적, 전기적 인터페이스일 수 있다. 경질-연질-연질 층간 그리고 경질-연질 층간의 탄성 계수의 불일치는 반복적으로 변형되는 동안 박리 및 균열을 유발하여 장치 성능 저하를 초래할 수 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해, 강성 전자 장치의 전기적 상호 연결 방법 중 이방성 전도 필름(Anisotropic Conductive Film; ACF)은 제조 공정이 간단하고 기계적, 전기적 연결을 모두 보장하여 소프트 전자 응용 분야에 적합한 것으로서, 폴리머 및 금속 입자의 복합체로 알려져 있다.
이러한 이방성 전도 필름 연구 분야에 있어, 종래에 솔더볼이 무작위로 분포된 이미다졸 에폭시 수지 기반의 ACF가 보고된 바 있었으나, 무작위의 응집된 전도성 필러는 단락 확률이 높고 분해능이 비효율적인 문제가 있었다.
따라서, 이러한 문제를 해결하며 신축성과 전도성이 모두 우수한 ACF의 개발이 필요한 실정이었다.
J. Park, J. C. Park, S. Lee and K. Paik, "Piezoelectric Ceramics and Flexible Printed Circuits' Interconnection Using Sn58Bi Solder Anisotropic Conductive Films for Flexible Ultrasound Transducer Assembly," in IEEE Transactions on Components, Packaging and Manufacturing Technology, vol. 9, no. 9, pp. 1897-1903, Sept. 2019, doi: 10.1109/TCPMT.2019.2907927.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 연신성이 우수한 연신성 ACF, 이의 제조방법, 이를 포함하는 계면 접합 부재 및 소자를 제공하는 것이다.
다만, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상기 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 하기의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 고분자 필름; 및 상기 고분자 필름에 삽입되어 정렬된 전도성 입자를 포함하고, 상기 전도성 입자는 고분자 필름의 상부 및 하부 표면 외부로 노출되어 있는 것인 연신성 ACF가 제공된다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 볼록부 및 오목부를 포함하는 패턴으로 패터닝된 고분자 필름을 제조하는 단계; 상기 패터닝된 고분자 필름의 상기 오목부에 전도성 입자를 배치하여 전도성 입자가 정렬된 고분자 필름을 수득하는 단계; 및 상기 전도성 입자가 정렬된 고분자 필름을 열압착하는 단계;를 포함하는 것인 상기 연신성 ACF(Anisotropic Conductive Film)의 제조방법이 제공된다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 연신성 ACF를 포함하는 계면 접합 부재가 제공된다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 전극 및 전자 부품 중 1종 이상 및 상기 계면 접합 부재를 포함하는 소자가 제공된다.
본 발명의 일 구현예에 따른 연신성 ACF는 연신성, 즉 신축성이 우수하여 기판의 변형에 따라 함께 변할 수 있어 플렉서블 전자 기기에 적합할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따른 연신성 ACF는 접착력이 우수하여 전자 기기에 적용되어 서로 다른 부재의 계면을 견고하게 접합할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따른 연신성 ACF는 규칙적으로 배열된 전도성 입자를 포함하여 균일하고 일정한 전도성을 유지할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따른 연신성 ACF는 입자 응집에 의한 인접 배선 간의 단락이 완전히 제거되어 고해상도의 배선을 접속할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따른 연신성 ACF는 전도성 입자가 배열되는 영역을 자유롭게 제어할 수 있어 다양한 분야에 활용할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따른 연신성 ACF는 신축성 및 연신성이 우수하여 물리적 자극이 있는 경우에도 전도성이 저하되지 않아 안정성이 우수할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따른 연신성 ACF는 동일 크기의 전도성 마이크로 입자가 단층으로 고분자 필름에 삽입되어 있을 수 있어 높이 방향으로의 단차가 없을 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따른 연신성 ACF 제조방법은 신축성 및 전도성이 우수한 ACF를 제공할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따른 계면 접합 부재는 연질(soft)-연질 부재 간 또는 연질-경질(hard) 부재 간에 개재되어 계면을 견고하게 접합시킬 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따른 계면 접합 부재는 저온 공정으로도 서로 다른 부재를 접합할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따른 소자는 연신성 ACF 및, 전극 또는 기판 간의 물리적 및 화학적 결합이 견고할 수 있고, 결과적으로 전극과 기판 간의 계면 접합력이 우수할 수 있다.
본 발명의 효과는 상술한 효과로 한정되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본원 명세서 및 첨부된 도면으로부터 당업자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 연신성 ACF 필름의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 연신성 ACF의 제조방법의 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일 구현예에 따른 연신성 ACF의 전도성 입자가 전도 경로로 기능하는 경우의 개략도이다.
도 4는 본 발명의 일 구현예에 따른 연신성 ACF의 전도성 입자가 배열된 형태에 있어 접속 가능한 배선의 최소 너비를 계산하기 위한 개략도이다.
도 5는 실시예 1의 전도성 입자가 정렬된 패터닝된 고분자 필름의 단면의 SEM 이미지이다.
도 6은 실시예 1에서 제조한 연신성 ACF의 단면의 SEM 이미지이다.
도 7a 및 도 7b는 각각 실시예 1에서 제조한 연신성 ACF의 표면의 OM 이미지이다.
도 8은 실시예 1 내지 3의 연신성 ACF 및 참조예 1 및 2의 필름의 응력-변형률 곡선이다.
도 9는 실시예 1, 4 및 5 에서 제조한 ACF의 접속 저항 및 정렬유지도의 그래프이다.
도 10a 내지 도 10c는 각각 실시예 1, 4 및 5에서 제조한 연신성 ACF의 표면 OM 이미지이다.
도 11은 실시예 1에서 제조한 연신성 ACF를 포함하는 적층체의 상면에서 촬영한 OM 이미지이다.
도 12는 실험예 5의 적층체의 전기적 성능을 테스트한 결과이다.
도 13은 실시예 6 내지 8 및 참고예 3 및 4에서 제조한 적층체의 거리에 따른 접착력의 그래프이다.
도 14는 실시예 9의 적층체에 가해준 시간에 따른 압력 및 상대전류를 나타낸 그래프이다.
도 15 및 도 16은 각각 실시예 10 및 11의 적층체에 가해준 시간에 따른 연신 및 상대전류를 나타낸 그래프이다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 연신성 ACF의 제조방법의 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일 구현예에 따른 연신성 ACF의 전도성 입자가 전도 경로로 기능하는 경우의 개략도이다.
도 4는 본 발명의 일 구현예에 따른 연신성 ACF의 전도성 입자가 배열된 형태에 있어 접속 가능한 배선의 최소 너비를 계산하기 위한 개략도이다.
도 5는 실시예 1의 전도성 입자가 정렬된 패터닝된 고분자 필름의 단면의 SEM 이미지이다.
도 6은 실시예 1에서 제조한 연신성 ACF의 단면의 SEM 이미지이다.
도 7a 및 도 7b는 각각 실시예 1에서 제조한 연신성 ACF의 표면의 OM 이미지이다.
도 8은 실시예 1 내지 3의 연신성 ACF 및 참조예 1 및 2의 필름의 응력-변형률 곡선이다.
도 9는 실시예 1, 4 및 5 에서 제조한 ACF의 접속 저항 및 정렬유지도의 그래프이다.
도 10a 내지 도 10c는 각각 실시예 1, 4 및 5에서 제조한 연신성 ACF의 표면 OM 이미지이다.
도 11은 실시예 1에서 제조한 연신성 ACF를 포함하는 적층체의 상면에서 촬영한 OM 이미지이다.
도 12는 실험예 5의 적층체의 전기적 성능을 테스트한 결과이다.
도 13은 실시예 6 내지 8 및 참고예 3 및 4에서 제조한 적층체의 거리에 따른 접착력의 그래프이다.
도 14는 실시예 9의 적층체에 가해준 시간에 따른 압력 및 상대전류를 나타낸 그래프이다.
도 15 및 도 16은 각각 실시예 10 및 11의 적층체에 가해준 시간에 따른 연신 및 상대전류를 나타낸 그래프이다.
본 명세서에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
본원 명세서 전체에서, 단위 "중량부"는 각 성분간의 중량의 비율을 의미할 수 있다.
본원 명세서 전체에서, "A 및/또는 B"는 "A 및 B, 또는 A 또는 B"를 의미한다.
이하, 본 발명에 대하여 더욱 상세하게 설명한다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 고분자 필름; 및 상기 고분자 필름에 삽입되어 정렬된 전도성 입자를 포함하고, 상기 전도성 입자는 고분자 필름의 상부 및 하부 표면 외부로 노출되어 있는 것인 연신성 ACF가 제공된다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 연신성 ACF는 연신성, 즉 신축성이 우수하여 기판의 변형에 따라 함께 변할 수 있어 플렉서블 전자 기기에 적합할 수 있고, 접착력이 우수하여 전자 기기에 적용되어 서로 다른 부재의 계면을 견고하게 접합할 수 있으며, 규칙적으로 배열된 전도성 입자를 포함하여 균일하고 일정한 전도성을 유지할 수 있고, 전도성 입자가 배열되는 영역을 자유롭게 제어할 수 있어 다양한 분야에 활용할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 연신성 ACF는 고분자 필름을 포함한다. 고분자 필름은 신축성이 우수하고 연신율이 높으며, 전도성은 낮아 원하는 위치에서만 전기가 흐를 수 있도록 ACF를 형성할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 고분자 필름은 무수말레인산이 그래프트된 열가소성 고무를 포함하는 것일 수 있다. 무수말레인산이 그래프트된 열가소성 고무는 유연성 및 신축성이 우수하여 상기 고분자 필름의 소재로 적합할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 열가소성 고무는 스티렌-에틸렌-부틸렌-스티렌(SEBS), 스티렌-이소프렌-스티렌(SIS), 스티렌-부타디엔-스티렌(SBS), 폴리우레탄(PU) 계 고무 및 폴리올레핀(PO) 계 고무 중에서 선택된 것일 수 있고, 바람직하게는 스티렌-에틸렌-부틸렌-스티렌일 수 있으나 상기 열거한 것으로 제한되지는 않는다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 열가소성 고무는 전체 중량 대비 무수말레인산의 함량이 1 중량% 이상일 수 있다. 상기 범위 내의 함량으로 무수말레인산을 포함하는 경우 접착 면적 대비 충분한 수의 결합 형성 사이트를 제공하는 효과가 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 고분자 필름의 두께는 10 μm 내지 30 μm일 수 있으나, 상기 범위 내로 제한되지 않는다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 연신성 ACF는 전도성 입자를 포함한다. 상기 고분자 필름과 대조적으로, 상기 전도성 입자는 적어도 표면이 전도성을 띠어 영역 선택적으로 전도성을 갖는 ACF를 제공할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 전도성 입자는 상기 고분자 필름에 삽입되어 정렬된 것이다. 즉, 상기 전도성 입자는 상기 고분자 필름에 박혀 있는 형태일 수 있으며, 규칙적으로 배열되어 정렬된 것일 수 있다.
상기 “정렬”이란, 다수의 전도성 입자가 동일한 간격 또는 특정한 규칙성을 가지는 간격으로 배열되어 있는 것을 의미할 수 있다. 즉, 어떤 하나의 전도성 입자가 고분자 필름에 삽입되어 있다고 할 때, 다른 전도성 입자가 소정의 간격을 두고 위치할 수 있으며, 또 다른 전도성 입자도 상기 다른 전도성 입자와 소정의 간격을 두고 위치할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 전도성 입자는 격자형, 허니콤형, 선형 및 사각형 중 어느 한 배치 형태로 정렬된 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않으며 필요에 따라 다양한 형태로 배치될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 전도성 입자 간 간격은 10 μm 내지 400 μm일 수 있으나, 역시 이에 제한되지 않으며 상기 배치 형태, 전도성 입자의 직경 및 연신성 ACF의 활용 분야에 따라 조절될 수 있다. 상기 전도성 입자 간 간격은 하나의 전도성 입자의 중심으로부터 다른 전도성 입자의 중심까지의 거리를 의미할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 예를 들어 상기 전도성 입자가 격자형으로 정렬된 경우, 상기 고분자 필름을 2차원의 평면이라고 할 때, 하나의 전도성 입자를 x축과 y축이 교차하는 원점이라고 한다면 (x, y) = (L, 0), (-L, 0), (0, L), (0, -L), (L, L), (L, -L), (-L, -L) 및 (-L, L) 의 위치에 다른 전도성 입자가 위치하는 것일 수 있고, 각각의 전도성 입자가 다시 원점이 되어 동일한 수직 방향의 L 거리에 전도성 입자가 위치할 수 있다.
즉, 본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 전도성 입자 간 간격은 L 내지 1.41 L 인 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 원점에 있는 전도성 입자와 수직 방향에 있는, 즉 x축 및 y축 상에 있는 입자들과의 거리는 L일 수 있으며, 축이 아닌 평면 상에 있는 입자들과의 거리는 √2L, 즉 약 1.41 L일 수 있다.
이러한 경우, 즉 상기 전도성 입자가 격자형으로 정렬된 경우, 상기 L은 15 μm 내지 400 μm일 수 있다.
또한, 예를 들어 상기 전도성 입자가 허니콤형으로 정렬된 경우, 상기 고분자 필름을 2차원의 평면이라고 할 때, 하나의 전도성 입자를 x축과 y축이 교차하는 원점이라고 한다면 (x, y) = (L, 0), (-L, 0), (0.5L, 1.73L), (-0.5L, 1.73L), (0.5L, -1.73L) 및 (-0.5L, -1.73L)의 위치에 다른 전도성 입자가 위치하는 것일 수 있고, 각각의 전도성 입자가 다시 원점이 되어 L 거리에 6개의 전도성 입자가 위치할 수 있다.
즉, 본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 전도성 입자 간 간격은 L인 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 원점에 있는 전도성 입자와 가장 가까운 6개의 전도성 입자는 모두 L 거리에 위치하는 것일 수 있다.
이러한 경우, 즉 상기 전도성 입자가 허니콤형으로 정렬된 경우, 상기 L은 15 μm 내지 400 μm일 수 있다.
상기 범위 내의 간격으로 전도성 입자가 정렬된 경우, 입자 직경 단위의 규칙적인 배열로 인해, 연신성 ACF의 전 면적 내에서 전도성 및 분해능과 같은 성능이 일정할 수 있고, 이에 따라 전극 접속(interconnection)의 정확한 설계가 가능할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 전도성 입자의 소재 및 형상은 특별히 제한되지 않으나, 적어도 표면이 금속 소재이고 구 형상인 것이 바람직하다. 구체적으로, 상기 전도성 입자는 금속 입자일 수 있고, 중공 금속 입자일 수 있으며, 내부는 비전도성 소재이고 표면만 전도성 코팅을 갖는 입자일 수도 있다. 다만, 상기한 것으로 제한되지 않으며 해당 기술 분야에서 사용되는 것을 사용할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 전도성 입자는 고분자를 포함하는 코어; 및 금속을 포함하는 쉘;을 포함하는 코어-쉘 구조인 것일 수 있다. 고분자를 포함하는 코어 및 금속을 포함하는 쉘을 포함하는 경우, 균일한 크기의 전도성 입자를 상기 연신성 ACF에 활용할 수 있으며, 상기 연신성 ACF의 무게를 감소시킬 수 있어 장치의 경량화를 도모할 수 있고, 생산 비용 절감의 효과가 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 전도성 입자의 직경은 10 μm 내지 200 μm인 것일 수 있다. 상기 수치 범위는 해당 기술 분야에서 사용되는 전도성 입자의 입자 크기 범위에 해당하여 다양한 기술적 응용이 가능할 수 있다. 또한, 개별적인 전도성 입자 각각은 직경이 동일할 수 있다. 동일한 직경을 갖는 전도성 입자를 사용하는 경우, 연신성 ACF의 높이 방향으로의 단차가 없어 이방성 전도를 위한 별도의 범퍼 층이 필요하지 않을 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 전도성 입자는 고분자 필름의 일부 영역에 정렬되어 있을 수 있다. 즉, 고분자 필름을 2차원의 평면이라고 할 때, 해당 면적 중 일부에만 전도성 입자가 정렬된 영역이 존재할 수 있다. 상기 영역은 연신성 ACF를 활용하는 장치에 따라 그 위치가 달라질 수 있고, 목적에 따라 영역의 위치를 조절할 수 있다.
또한, 상기 영역은 1 개 또는 복수 개일 수 있으며, 영역의 수는 연신성 ACF를 활용하는 장치나 활용 목적에 따라 달라질 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 연신성 ACF 필름의 개략도이다. 도 1을 참조하면, 상기 전도성 입자는 고분자 필름의 일부 영역에 정렬된 것일 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 전도성 입자는 고분자 필름의 상부 및 하부 표면 외부로 노출되어 있다. 상기 전도성 입자가 고분자 필름의 상부 및 하부 표면의 외부로 노출되어 있는 경우, 연신성 ACF의 일면에서 접하는 부재로부터 흐르는 전류를 연신성 ACF의 타면에 접하는 다른 부재로 흐르도록 할 수 있으며, 전도 경로(path)로서 기능할 수 있다.
도 3에 본 발명의 일 구현예에 따른 연신성 ACF의 전도성 입자가 전도 경로로 기능하는 경우의 개략도를 나타내었다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 구현예에 따른 연신성 ACF는 수직적 전도 경로로서 고분자 필름의 상부 및 하부 표면의 외부로 노출되어 있는 부분을 통해 수직 방향으로는 전류가 흐를 수 있으나(파란 화살표), 고분자 필름이 비전도성이어서 수평 방향으로는 전류가 흐를 수 없음(검은 화살표)을 확인할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 전도성 입자는 외부 표면의 10 % 내지 30 %, 14% 내지 30%, 10 % 내지 21% 또는 14 % 내지 21 %가 고분자 필름의 외부로 노출되어 있는 것일 수 있다. 상기 범위 내의 분율로 외부 표면이 노출되어 있는 경우, 연신성 ACF의 단차는 최소화하면서도 접속 저항은 낮아 전도성을 우수하게 확보할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 전도성 입자가 노출된 영역은 고분자 필름과 동일한 평면 상에 있는 것일 수 있다. 상기 전도성 입자가 노출된 영역은 연신성 ACF 제조 공정에 의해 전도성 입자의 형상이 변형된 것일 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따른 연신성 ACF는 100 %의 연신율로 연신하였을 때의 응력이 10 MPa 이하, 8 MPa 이하 또는 5 MPa 이하일 수 있다. 100 %의 연신율로 연신하였을 때 상기 범위 내의 응력을 갖는 경우, 연신성 ACF의 신축성이 우수할 수 있고, 물리적 자극이 있는 경우에도 전도성이 저하되지 않아 전도안정성이 우수할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 구현예에 따른 연신성 ACF는 200 %의 연신율로 연신하였을 때의 응력이 10 MPa 이하일 수도 있다.
본 발명의 일 구현예에 따른 연신성 ACF에 전류를 흘려주며 80 %의 연신율로 연신하였을 때, 하기 식 1에 따른 상대 전류 값이 0.8 이상 1.05 미만일 수 있다. 즉, 본 발명의 일 구현예에 따른 연신성 ACF는 연신 자극이 있는 경우에도 전도성이 저하되지 않아 전도안정성이 우수할 수 있다.
[식 1]
상대 전류=I/I0
상기 식 1에 있어, I는 80 %의 연신율로 연신한 상태에서 측정한 전류이고, I0는 연신하지 않은 상태에서 측정한 전류이다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 볼록부 및 오목부를 포함하는 패턴으로 패터닝된 고분자 필름을 제조하는 단계; 상기 패터닝된 고분자 필름의 상기 오목부에 전도성 입자를 배치하여 전도성 입자가 정렬된 고분자 필름을 수득하는 단계; 및 상기 전도성 입자가 정렬된 고분자 필름을 열압착하는 단계;를 포함하는 것인 상기 연신성 ACF(Anisotropic Conductive Film)의 제조방법이 제공된다.
본 발명의 일 구현예에 따른 연신성 ACF의 제조방법은 신축성 및 전도성이 우수한 ACF를 제공할 수 있다.
이하, 상기 방법의 각 단계별로 상세히 설명한다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 우선 볼록부 및 오목부를 포함하는 패턴으로 패터닝된 고분자 필름을 제조한다. 상기 볼록부 및 오목부를 포함하는 패턴은 연신성 ACF를 회로 기판과 같은 부재를 부착하는 데에 사용하는 경우, 해당 회로에서 전도가 필요한 영역에 따르는 것일 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 패터닝된 고분자 필름을 제조하는 단계는 특별히 제한되지 않으며, 임프린트 리소그래피 기술 분야에서 사용되는 방법으로 상기 패터닝된 고분자 필름을 제조할 수 있다. 그 예를 들면 다음과 같으나, 이것으로 제한되지 않는다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 패터닝된 고분자 필름을 제조하는 단계는, 다회용 스탬프를 제조하는 단계; 및 상기 다회용 스탬프를 상기 고분자 필름과 열압착하여 볼록부 및 오목부를 포함하는 패턴으로 패터닝된 고분자 필름을 제조하는 단계;를 포함하는 것일 수 있다.
도 2에는 본 발명의 일 구현예에 따른 연신성 ACF의 제조방법의 개략도를 나타내었다. 도 2를 참조하면, 다회용 스탬프(30)를 고분자 필름과 열압착하여 패터닝된 고분자 필름(60)을 제조하고, 패터닝된 고분자 필름(60)의 오목부에 전도성 입자(10)를 배치한 다음, 전도성 입자가 정렬된 고분자 필름(60)을 열압착하여 연신성 ACF(100)를 제조할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 다회용 스탬프를 제조하는 단계는 특별히 제한되지 않으며, 임프린트 리소그래피 기술 분야에서 사용되는 방법으로 상기 다회용 스탬프를 제조할 수 있다. 그 예를 들면 다음과 같으나, 이것으로 제한되지 않는다.
구체적으로, 상기 다회용 스탬프를 제조하는 단계는, 기재 상에 포토레지스트를 코팅하고 경화하여 포토레지스트층을 형성하는 단계; 상기 포토레지스트층 상에 포토마스크를 위치시키고 광을 조사하여 패터닝된 포토레지스트층을 형성하는 단계; 및 상기 패터닝된 포토레지스트층을 추가 경화하고 현상 용액에 침지하여 몰드를 제조하는 단계; 및 상기 몰드를 이용하여 볼록부 및 오목부를 포함하는 패턴을 포함하는 다회용 스탬프를 제조하는 단계; 를 포함하는 것일 수 있다.
우선, 포토레지스트를 기재 상에 코팅하고 경화하여 포토레지스트층을 형성할 수 있다. 상기 기재는 특별히 제한되지 않으며, 실리콘 웨이퍼, 유리, 인듐 주석 산화물(ITO) 및 금, 알루미늄, 구리, 니켈, 등과 같은 금속 기판 중에서 선택된 것을 사용할 수 있다.
상기 포토레지스트는 해당 기술 분야에서 사용되는 것이면 특별한 제한 없이 활용할 수 있으며, 예를 들어 감광성 수지를 포함하는 것일 수 있다. 바람직하게는 기재 상에 위치하는 기둥 형상을 형성하기에 적합한 수준의 가공성을 갖는 것을 사용할 수 있고, 특히 상기 기둥 형상에 있어 기둥 직경에 대한 기둥 높이의 비가 4 이상인 형상을 형성하기에 적합한 수준의 가공성을 갖는 것을 사용할 수 있다.
상기 포토레지스트를 코팅하는 방법은 특별히 제한되지 않으며, 균일한 코팅을 위해 스핀코팅 방법을 이용하여 코팅하는 것일 수 있다. 또한, 상기 코팅은 1회 또는 2회 이상 수행될 수 있으며, 수회 코팅을 수행하는 경우 보다 두꺼운 포토레지스트층을 형성할 수 있다.
상기 포토레지스트를 경화하는 공정은 1차 열처리하는 단계 및 2차 열처리하는 단계로 수행될 수 있다. 상기 1차 열처리하는 단계는 50 ℃ 내지 70 ℃의 온도로 5 분 내지 15 분 동안 수행되는 것일 수 있고, 상기 2차 열처리하는 단계는 80 ℃ 내지 100 ℃의 온도로 15 분 내지 25 분 동안 수행되는 것일 수 있다.
이렇게 형성된 포토레지스트층 상에 포토마스크를 위치시키고 광을 조사하여 패터닝된 포토레지스트층을 형성할 수 있다. 포토레지스트는 감광성 수지를 포함하는 것일 수 있고, 포토레지스트층 상에 소정의 패턴을 포함하는 포토마스크를 위치시키고 빛을 조사하는 노광공정에 의해 포토레지스트에 포함된 감광성 수지의 분자 구조의 변형이 진행될 수 있으며, 노광되지 않은 부분과의 물성 차이가 형성될 수 있다.
상기 포토마스크는 최종적으로 원하는 형상의 패턴을 포함하는 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 포토마스크의 광투과부를 통과한 광선은 포토레지스트의 수지의 분자 구조를 변형시켜 광경화시킬 수 있고, 상기 포토마스크의 광미투과부 아래의 포토레지스트층은 광선에 의한 분자 구조의 변형이 진행되지 않아 별도의 광경화가 진행되지 않을 수 있다. 즉, 포토마스크에 포함된 패턴의 형상에 따라 형성된 상기 광경화된 포토레지스트 및 광경화되지 않은 포토레지스트는 후술하는 현상 용액 처리에 의해 몰드의 오목부 및 볼록부를 형성할 수 있다.
상기 포토마스크는 다수의 셀을 포함하는 형상일 수 있고, 격자형, 허니콤형, 선형 및 사각형 중 어느 한 형상일 수 있다. 또한, 상기 셀의 크기는 전도성 입자의 직경보다 클 수 있으며, 예를 들어 500 nm 초과 100 μm 이하의 크기를 갖는 것일 수 있다.
상기 패터닝된 포토레지스트층을 형성하는 단계는 파장 300 nm 내지 400 nm의 파장을 갖는 광을 조사하여 수행되는 것일 수 있고, 상기 광은 30 초 내지 50 초 동안 조사되는 것일 수 있으며, 20 mW/cm2 내지 40 mW/cm2의 에너지 밀도로 조사되는 것일 수 있다. 상기 범위 내의 파장을 갖는 광을 상기 범위 내의 시간동안 상기 범위 내의 에너지 밀도로 조사하는 경우, 포토레지스트층의 광반응이 원활하게 수행될 수 있고, 특히 포토마스크의 광투과부가 충분히 광반응될 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 패터닝된 포토레지스트층을 추가 경화할 수 있다. 상기 추가 경화는 1차 추가 열처리하는 단계 및 2차 추가 열처리하는 단계로 수행되는 것일 수 있고, 상기 1차 추가 열처리하는 단계는 50 ℃ 내지 70 ℃의 온도로 5 분 내지 15 분 동안 수행되는 것일 수 있고, 상기 2차 열처리하는 단계는 80 ℃ 내지 100 ℃의 온도로 15 분 내지 25 분 동안 수행되는 것일 수 있다.
또한, 상기 1차 추가 열처리는 상기 1차 열처리보다 짧은 시간 동안 수행되는 것일 수 있고, 상기 2차 추가 열처리는 상기 2차 열처리보다 짧은 시간 동안 수행되는 것일 수 있다.
상기 추가 경화를 통해, 광경화된 포토레지스트의 경화도가 증가할 수 있고, 후술하는 현상 단계에서 광경화된 포토레지스트가 용해되거나 광경화된 포토레지스트층이 손상되지 않을 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 추가 경화 이후, 패터닝된 포토레지스트층을 현상 용액에 침지하여 몰드를 제조할 수 있다. 상기 패터닝된 포토레지스트층을 현상 용액에 침지하는 경우, 포토마스크의 광미투과부에 형성된 광경화되지 않은 포토레지스트는 경화도가 낮아 현상 용액에 의해 제거될 수 있다. 즉, 포토마스크의 광투과부를 통해 광조사되어 형성된 광경화된 포토레지스트는 경화도가 높아 현상 용액에 침지되더라도 제거되지 않음으로서 몰드의 볼록부를 형성하고, 상기 광미투과부에 형성된 광경화되지 않은 포토레지스트는 현상 용액에 의해 제거됨으로서 몰드의 오목부를 형성할 수 있다.
상기 현상 용액으로는 해당 기술분야에서 사용되는 것을 이용할 수 있고, 포토레지스트의 종류를 고려하여 현상에 적절한 용액을 사용할 수 있다. 상기 현상 용액은 상기 포토레지스트를 용해할 수 있는 유기 용매를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 패터닝된 포토레지스트층을 현상 용액에 10 분 내지 30분 또는 15 분 내지 20 분 동안 침지되어 현상이 진행되는 것일 수 있다. 상기 범위 내의 시간동안 현상이 진행되는 경우, 몰드의 오목부와 볼록부의 단차가 충분히 구비되어 패턴이 명확해질 수 있고, 이에 따라 전사하는 과정에서 패턴이 흐려지는 문제가 발생하지 않을 수 있으며, 추후에 몰드에 의해 제조되는 다회용 스탬프 및 패터닝된 고분자 필름이 전도성 입자가 정확하게 배치되기에 적절한 수준의 단차를 가질 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 몰드는 상기 패터닝된 포토레지스트층을 기준으로 제조될 수 있고, 상기 포토레지스트층은 상기 포토마스크를 기초로 오목부 및 볼록부를 형성하므로, 상기 몰드는 다수의 셀을 포함하는 형상일 수 있고, 격자형, 허니콤형, 선형 및 사각형 중 어느 한 형상일 수 있다. 또한, 상기 셀의 크기는 전도성 입자의 직경보다 클 수 있으며, 예를 들어 500 nm 초과 100 μm 이하의 크기를 갖는 것일 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 몰드는 기재 상에 광경화된 포토레지스트 기둥이 형성된 형태일 수 있다. 즉, 몰드의 볼록부는 광경화된 포토레지스트 기둥일 수 있으며, 몰드의 오목부는 광경화된 포토레지스트 기둥 사이의 공간일 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 다음으로 상기 몰드를 이용하여 볼록부 및 오목부를 포함하는 패턴을 포함하는 다회용 스탬프를 제조할 수 있다. 상기 볼록부 및 오목부는 전술한 바와 같이 몰드에 형성되는 것일 수 있고, 몰드의 볼록부는 다회용 스탬프의 오목부를 형성할 수 있으며, 몰드의 오목부는 다회용 스탬프의 오목부를 형성할 수 있다.
상기 다회용 스탬프를 제조하는 단계는, 상기 몰드 상에 프리폴리머 용액을 붓고 경화시켜 고분자 패턴층을 형성하는 단계; 상기 고분자 패턴층 상에 광경화성 수지 조성물을 붓고 경화시켜 다회용 스탬프를 제조하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 몰드는 목적하는 다회용 스탬프와 동일한 형상의 오목부 및 볼록부를 포함하지만, 상기 몰드는 기재 상에 형성된 포토레지스트 기둥을 포함하기 때문에, 기재와 포토레지스트 기둥 간의 접합력이 낮아 다회용 스탬프로 활용될 수 없으므로 상기와 같은 공정으로 다회용 스탬프를 제조할 수 있다.
상기 프리폴리머 용액은 PDMS를 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않으며 해당 기술 분야에서 사용되는 것으로서 표면에너지가 낮아 디몰딩, 즉 몰드와 분리하는 공정이 용이한 실리콘계 고무를 포함할 수 있다. 예를 들어 시판되는 제품 중 Ecoflex 또는 Dragon skin 을 사용할 수 있다.
상기 프리폴리머 용액은 액상 프리폴리머를 포함하는 것일 수 있고, 용매, 가교제, 개시제, 소포제 및 사슬연장제 중 1종 이상의 첨가제를 포함할 수 있다.
상기 고분자 패턴층은 상기 프리폴리머 용액을 50 ℃ 내지 150 ℃ 또는 70 ℃ 내지 90 ℃의 온도에서 2 시간 내지 4 시간 또는 3 시간 동안 경화하여 형성되는 것일 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 광경화성 수지 조성물이 고분자 패턴층 상에 부어진 후 경화되기 전에 디개싱 공정이 수행되는 것일 수 있다. 고분자 패턴층은 직경이 매우 좁은 오목부를 포함함에 따라, 상기 광경화성 수지 조성물이 고분자 패턴층 상에 부어지는 경우 모세관 현상에 의해 고분자 패턴층의 오목부 내로 광경화성 수지 조성물이 충분히 침투하지 못하는 현상을 방지하기 위하여 광경화성 수지 조성물과 고분자 패턴층의 오목부 사이의 공간에 위치하는 가스를 제거하는 디개싱 공정을 수행하여 광경화성 수지 조성물이 고분자 패턴층의 오목부로 깊이 침투하도록 할 수 있고, 이에 따라 고분자 패턴층과 형상 유사도가 높은 다회용 스탬프를 형성할 수 있다.
상기 광경화성 수지 조성물은 광경화성 수지를 포함할 수 있고, 상기 광경화성 수지는 특별히 제한되지 않으며 해당 기술 분야에서 사용되는 것을 포함할 수 있다.
상기 광경화성 수지 조성물의 경화물은 적절한 모듈러스를 가질 수 있으며, 예를 들어 61 초과 95 미만의 쇼어 A 경도를 갖는 것일 수 있다.
또한, 상기 다회용 스탬프는 상기 광경화성 수지 조성물을 20 분 내지 30 분 동안 196 mW/cm2 내지 134 mW/cm2 또는 198 mW/cm2 내지 132 mW/cm2의 에너지 밀도로 광 조사되어 경화하여 제조되는 것일 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 다회용 스탬프는 상기 몰드를 기준으로 제조될 수 있으므로, 다수의 셀을 포함하는 형상일 수 있고, 격자형, 허니콤형, 선형 및 사각형 중 어느 한 형상일 수 있다. 또한, 상기 셀의 크기는 전도성 입자의 직경보다 클 수 있으며, 예를 들어 500 nm 초과 100 μm 이하의 크기를 갖는 것일 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 다회용 스탬프의 오목부 및 볼록부가 형성된 면은 실란 표면처리 된 것일 수 있다. 상기 다회용 스탬프가 실란 표면처리됨으로써 고분자 필름을 패터닝한 후에 상기 다회용 스탬프를 쉽게 분리할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기와 같이 제조된 다회용 스탬프를 상기 고분자 필름과 열압착하여 볼록부 및 오목부를 포함하는 패턴으로 패터닝된 고분자 필름을 제조할 수 있다. 다회용 스탬프는 상기한 바와 같이 제조되어 볼록부 및 오목부를 포함하는 패턴을 갖는 것일 수 있다.
상기 다회용 스탬프의 볼록부 및 오목부가 소프트한 고분자 필름에 접촉되고, 열압착에 의해 고분자 필름이 다회용 스탬프의 패턴대로 변형되어 패터닝되는 것일 수 있다. 즉, 상기 패터닝된 고분자 필름의 상기 오목부는, 상기 다회용 스탬프의 볼록부에 의해 형성되고, 상기 패터닝된 고분자 필름의 상기 볼록부는 상기 다회용 스탬프의 오목부에 의해 형성되는 것일 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 고분자 필름은 기재 상에서 열압착되는 것일 수 있고, 상기 기재는 고분자 필름이 형성되는 면에 실란 표면처리 된 것일 수 있다. 상기 기재는 슬라이드 글라스일 수 있으나 특별히 제한되지 않으며, 실란 표면처리됨으로써 추후에 제조되는 연신성 ACF를 손쉽게 분리해 낼 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 고분자 필름은 무수말레인산이 그래프트된 열가소성 고무를 5 중량% 내지 20 중량%, 6 중량% 내지 20 중량%, 6 중량% 내지 12 중량%, 8 중량% 내지 12 중량% 또는 6 중량% 내지 12 중량% 포함하는 용액을 코팅하고 건조하여 제조된 것일 수 있다. 상기 고분자 필름이 상기 수치 범위 내의 함량으로 무수말레인산이 그래프트된 열가소성 고무를 포함하는 경우, 제조하고자 한 연신성 ACF가 목적하는 형상과 일치하도록 제조됨으로써 소자 등에 응용되었을 때 접속률이 우수하여 전도성이 우수할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 열가소성 고무는 스티렌-에틸렌-부틸렌-스티렌(SEBS), 스티렌-이소프렌-스티렌(SIS), 스티렌-부타디엔-스티렌(SBS), 폴리우레탄(PU) 계 고무 및 폴리올레핀(PO) 계 고무에서 선택된 것일 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 고분자 필름은 두께가 10 μm 내지 30 μm 또는 15 μm 내지 20 μm일 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 다회용 스탬프를 상기 고분자 필름과 열압착하는 단계는 150 ℃ 내지 200 ℃, 160 ℃ 내지 200 ℃, 150 ℃ 내지 190 ℃, 160 ℃ 내지 190 ℃, 160 ℃ 내지 180 ℃ 또는 170 ℃ 내지 180 ℃의 온도에서 5 분 내지 20 분, 7 분 내지 15 분 또는 9 분 내지 11 분 동안 열압착하여 수행되는 것일 수 있다. 상기 범위 내의 온도 및 압력으로 열압착을 수행하는 경우, 고분자 필름의 패터닝이 원활하게 수행될 수 있고, 다회용 스탬프의 파괴 없이 연신성 ACF 용 고분자 필름을 성형할 수 있으며, 열압착 영역 내에 압력이 균일하게 분산되어 정확한 수치를 갖도록 성형할 수 있고, 이에 따라 입자의 배치 정확도를 향상 시킬 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 다회용 스탬프를 상기 고분자 필름과 열압착하는 단계는 5 MPa 내지 20 MPa 또는 7.0 MPa 내지 15.7 MPa의 압력을 가하여 수행되는 것일 수 있으나, 상기 범위로 제한되지 않고 고분자 필름이 패터닝되기에 충분한 압력을 가하여 수행되는 것일 수 있다. 또한 상기 압력을 가하는 방법 역시 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어 무게추를 올려 중력으로 압착할 수 있고, 하부 및 상부에 영구자석을 위치시켜 자력으로 압착을 수행할 수도 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 패터닝된 고분자 필름의 볼록부 및 오목부의 최대 단차, 즉 깊이는 5 μm 내지 350 μm 일 수 있다. 상기 범위 내의 단차를 갖는 경우, 후술하는 바와 같이 전도성 입자가 오목부에 정확하게 배치될 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 패터닝된 고분자 필름의 볼록부 및 오목부의 최대 단차, 즉 깊이는 상기 전도성 입자의 직경의 0.3 배 내지 0.8 배, 0.5 배 내지 0.8 배, 0.6 배 내지 0.8 배 또는 0.7배일 수 있다. 상기 범위 내의 최대 단차를 갖는 경우, 전도성 입자가 오목부에 잘 삽입될 수 있으면서도 삽입된 이후 쉽게 빠지지 않 공정상 안정성이 우수할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 패터닝된 고분자 필름은 상기 다회용 스탬프를 기준으로 제조될 수 있으므로, 다수의 셀을 포함하는 형상일 수 있고, 격자형, 허니콤형, 선형 및 사각형 중 어느 한 형상일 수 있다. 또한, 상기 셀의 크기는 전도성 입자의 직경보다 클 수 있으며, 예를 들어 500 nm 초과 100 μm 이하의 크기를 갖는 것일 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 오목부는 볼록부로 인해 형성된 공간의 형상일 수 있고, 상기 공간은 전도성 입자의 직경보다 큰 크기의 공간일 수 있다. 구체적으로, 상기 패터닝된 고분자 필름의 상기 오목부의 크기, 즉 너비는 입자 직경의 1.0 배 초과 1.5 배 이하일 수 있다. 이에 따라, 오목부에 전도성 입자가 정확하고 안정적으로 한 오목부에 하나의 전도성 입자가 배치될 수 있다. 이렇게 전도성 입자를 배치하여 전도성 입자가 정렬된 고분자 필름을 수득할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기와 같이 제조된 패터닝된 고분자 필름의 상기 오목부에 전도성 입자를 배치한다. 상기 전도성 입자를 배치하는 공정은 특별히 제한되지 않으나, 예를 들어 다음의 방법으로 수행될 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 전도성 입자를 배치하는 단계는, 상기 패터닝된 고분자 필름의 일부 또는 전부에 다수의 전도성 입자를 위치시키는 단계; 탄성부재를 상기 패터닝된 고분자 필름으로부터 상기 전도성 입자 직경의 1배 내지 10배의 이격거리로 상기 전도성 입자 상에 위치시키는 단계; 및 상기 패터닝된 고분자 필름을 일 방향으로 1회 또는 복수회 소정 거리를 왕복시켜 상기 탄성부재가 상기 전도성 입자를 상기 패터닝된 고분자 필름의 상기 오목부에 삽입시키는 단계;를 포함하는 것일 수 있다.
우선, 상기 패터닝된 고분자 필름의 일부 또는 전부에 다수의 전도성 입자를 위치시킬 수 있다. 구체적으로, 상기 패터닝된 고분자 필름의 오목부 및 볼록부를 포함하는 패턴이 형성된 면 상에 다수의 전도성 입자를 위치시키는 것일 수 있다.
상기 전도성 입자에 대한 구체적인 내용은 전술한 바와 같을 수 있다.
상기 입자를 배치하는 공정은 건식 공정으로서 다양한 크기의 전도성 입자를 배치하는 공정에 적용될 수 있다.
다음으로, 탄성부재를 상기 패터닝된 고분자 필름으로부터 상기 전도성 입자 직경의 1배 내지 10배, 1배 내지 5배, 1배 내지 2배 또는 1.5배의 이격거리로 상기 전도성 입자 상에 위치시킬 수 있다. 상기 탄성부재는 전도성 입자를 잡아주는 역할을 할 수 있으며, 더욱 구체적으로는 전도성 입자와 직접 접촉하며 고분자 필름에 형성된 오목부 및 볼록부를 포함하는 패턴 상에서 러빙(rubbing)하는 역할을 수행할 수 있다.
상기 탄성부재는 PDMS(polydimethylsiloxane), PUA(polyurethane acrylate), PMMA(polymethyl methacrylate), PB(polybutadiene), PU(polyurethane), SBR(styrene-butadiene rubber), PVDF(polyvinylidene fluoride), PVDF-TrFE(poly(vinylidenefluoride-co-trifluoroethylene)), PS(polystyrene), SBS PEDGA(poly(ethylene glycol) diacrylate), SBS(ploy(styrene-butadiene-styrene)), SEBS(poly(styreneethylene-butylene-styrene)), SIS(poly(styrene-isoprene-styrene)) 등이 가능하나 바람직하게는 PDMS일 수 있다.
그 다음으로, 상기 패터닝된 고분자 필름을 일 방향으로 1회 또는 복수회 소정 거리를 왕복시켜 상기 탄성부재가 상기 전도성 입자를 상기 패터닝된 고분자 필름의 상기 오목부에 삽입시킬 수 있다.
상기 패터닝된 고분자 필름은 이동부재 상에 위치되어 이동되는 것일 수 있고, 상기 이동부재는 컨베이어의 벨트일 수 있다.
상기 벨트가 이동하면서 ⊂ 또는 ⊃ 형상으로 변형될 때, 상기 벨트 상의 상기 패터닝된 고분자 필름이 상응하여 ⊂ 또는 ⊃ 형상으로 변형되어 연속적으로 대면적에 상기 전도성 입자가 배치되는 것일 수 있다.
또한, 바람직하게는 상기 이동부재를 이용하여 상기 패터닝된 고분자 필름의 일부분을 이동시키고, 상기 패터닝된 고분자 필름을 일 방향으로 1회 또는 복수회 소정 거리를 왕복시켜 상기 전도성 입자가 패터닝된 고분자 필름의 다른 부분의 오목부에 삽입될 수 있으며, 상기 단계는 필요에 따라 복수회 각각 반복될 수 있다.
상기와 같은 공정을 통해, 패터닝된 고분자 필름의 오목부에는 전도성 입자가 정렬될 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기와 같은 공정으로 전도성 입자가 정렬된 고분자 필름을 수득하고, 이를 열압착하여 연신성 ACF를 제조할 수 있다. 상기 고분자 필름의 오목부에는 전도성 입자가 정렬되어 있을 수 있고, 이를 열압착하는 경우 고분 필름이 변형되어 전도성 입자와 고분자 필름 간에 있는 공극을 메우게 되고, 전도성 입자가 고분자 필름에 견고하게 삽입되어 있는 연신성 ACF를 제조할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 전도성 입자가 정렬된 고분자 필름을 열압착하는 단계;는 100 ℃ 내지 300 ℃, 130 ℃ 내지 300 ℃, 100 ℃ 내지 280 ℃, 130 ℃ 내지 280 ℃, 130 ℃ 내지 250 ℃, 130 ℃ 내지 235 ℃, 130 ℃ 내지 200 ℃, 180 ℃ 내지 235 ℃ 또는 235 ℃ 내지 280 ℃의 온도에서 1 시간 내지 4 시간 또는 2 시간 동안 열압착하여 수행되는 것일 수 있다. 상기 범위 내의 온도 및 시간으로 열압착을 수행하는 경우, 고분자가 적절히 변형되어 상기 전도성 입자와 밀착될 수 있으며, 전도성 입자의 노출된 표면에 잔류하는 폴리머가 모두 제거되어 접촉 저항 감소 효과가 있다. 상기 열압착하는 단계의 온도 및 수행하는 시간은 고분자 필름이 포함하고 있는 열가소성 고무의 종류에 따라 조절될 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 전도성 입자가 정렬된 고분자 필름을 열압착하는 단계는 50 MPa 내지 150 MPa 또는 57.1 MPa 내지 128 MPa의 압력을 가하여 수행되는 것일 수 있으나, 상기 범위로 제한되지 않고 고분자 필름 및 전도성 입자가 적절히 변형되어 밀착되기에 충분한 압력을 가하여 수행되는 것일 수 있다. 또한 상기 압력을 가하는 방법 역시 특별히 제한되지 않는다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 2차 열압착하는 단계 이후에 상기 연신성 ACF의 일면 또는 양면을 산소 플라즈마로 표면처리하는 단계를 더 포함할 수 있다. 연신성 ACF의 표면을 산소 플라즈마로 표면처리하는 경우, 표면 에너지 (surface energy)를 높이고 표면이 상대적으로 친수성으로 변하게 만들어 다른 부재와의 계면 접착력이 향상될 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따른 방법으로 제조된 연신성 ACF는 정렬유지도가 0.8 내지 1.0일 수 있다. 상기 “정렬유지도”는 2차 열압착 전의 단위면적당 전도성 입자 수에 대한 2차 열압착 후의 단위면적당 전도성 입자 수를 의미할 수 있으며, 하기 식 2로 표현되는 것일 수 있다.
[식 2]
정렬유지도=N/N0
상기 식 2에서, N은 2차 열압착 후의 단위면적당 전도성 입자 수이고, N0는 2차 열압착 전의 단위면적당 전도성 입자 수이다.
2차 열압착을 수행하는 경우, 고분자 필름이 용융되는 현상이 발생하면서 압착에 의해 단위면적당 전도성 입자의 수가 감소하는 현상이 발생한다. 이에 따라, 과도한 양의 고분자가 용융되는 경우 목적하는 연신성 ACF의 형상과 다른 형태로 최종 ACF가 수득될 우려가 있다.
상기 정렬유지도가 상기 수치 범위 내인 경우, 제조하고자 한 연신성 ACF가 목적하는 형상과 일치하도록 제조됨으로써 소자 등에 응용되었을 때 접속률이 우수하여 전도성이 우수할 수 있고, 전도성 입자의 응집이 발생하지 않아, ACF의 전기적 분해능을 높일 수 있다. 또한, 열압착 전의 정렬이 유지된 채로 연신성 ACF를 제조할 수 있기 때문에, 접착 부재로서 연신성 ACF를 사용하기 위한 회로 등의 배선 너비를 고려하여 미리 계산하고 해당 회로에 맞추어 연신성 ACF를 제조할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 연신성 ACF를 포함하는 계면 접합 부재가 제공된다. 상기 연신성 ACF를 포함함으로써, 상기 계면 접합 부재는 연질(soft)-연질 부재 간 또는 연질-경질(hard) 부재 간에 개재되어 계면을 견고하게 접합시킬 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 전극 및 전자 부품 중 1종 이상 및 상기 계면 접합 부재를 포함하는 소자가 제공된다. 상기 소자는 해당 기술 분야에서 활용되는 범주 내에서는 다양한 형태로 반도체 산업, 디스플레이 산업 등에 대하여 응용이 가능하다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 소자는 전극 및 전자 부품 중 1종 이상을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 소자는 전극을 1개 이상 포함하는 것일 수도 있고, 전자 부품을 1개 이상 포함하는 것일 수도 있고, 전극 및 전자 부품을 모두 1개 이상 포함하는 것일 수도 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 전자 부품은 능동소자 및 수동소자 중 1종 이상을 포함하는 것일 수 있다. 상기 능동소자는 구동 칩, 발광 소자 및 메모리 소자 등의 집적회로를 형성하는 전자 부재를 포함할 수 있다. 또한 상기 전자 부품은 배선이 될 수도 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 전극은 전도성 물질층이 형성되어 있는 기판을 포함하는 것일 수 있다. 상기 기판은 고분자 기재와 같은 절연성 물질일 수 있으며, 전도성 물질층은 금과 같은 금속을 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 계면 접합 부재는 소자에 상기 전극이 1개 이상 포함되는 경우 전극 간을 접합하거나, 소자에 상기 전자 부품이 1개 이상 포함되는 경우 전자 부품 간을 접합하거나, 소자에 상기 전극 및 전자 부품이 모두 1개 이상 포함되는 경우 전극 간; 전자 부품 간; 및 전극과 전자 부품 간; 중 하나 이상을 접합하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따른 연신성 ACF를 포함하는 계면 접합 부재가 배선과 접합되는 경우, 배선의 형상에 따라 접촉하는 전도성 입자의 개수가 달라져 전기적 연결이 보장되지 않을 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 구현예에 따르면 상기 연신성 ACF는, 적어도 하나의 입자를 포함할 수 있는 너비인 배선과 접합되는 것일 수 있다.
도 4에는 본 발명의 일 구현예에 따른 연신성 ACF의 전도성 입자가 배열된 형태에 있어 배선의 최소 너비를 계산하기 위한 개략도를 나타내었다.
구체적으로, 전도성 입자의 반경을 a라고 하고, 전도성 입자의 외표면 간의 간격을 b라고 할 때, 만약 배선이 빨간 음영과 같이 전도성 입자 배열에 대하여 45°의 각도로 배치되는 경우, 배선은 최소 3.41a+0.71b의 너비 이상을 가진다면 전기적인 연결이 보장될 수 있고, 만약 배선이 파란 음영과 같이 전도성 입자 배열에 대하여 0°로 배치된다면 회로가 최소 4a+b의 너비 이상을 가진다면 전기적인 연결이 보장될 수 있다.
상기 배선의 최소 너비는 전도성 입자의 배열 형태, 전도성 입자의 크기 및 전도성 입자 간의 간격에 따라 달리 계산될 수 있고, 이러한 최소 너비를 갖는 회로에 대하여 본 발명의 일 구현예에 따른 연신성 ACF의 전도성이 보장될 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 기판은 유연(flexible) 기판 또는 신축성(stretchable) 기판일 수 있다. 유연 기판이란 형상이 외력에 의해 변할 수 있으나, 기판의 규격이 변할 수 없는 기판일 수 있고, 신축성 기판이란 형상이 외력에 의해 변하면서도 기판의 규격이 함께 변할 수 있는 기판일 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 전극 및 상기 전자 부품 중 1종 이상은 상기 계면 접합 부재와 접하는 면에 친수성 표면 처리된 것일 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 친수성 표면 처리는 산소 플라즈마 처리일 수 있다. 전극 및/또는 기판의 표면에 산소 플라즈마 처리를 수행하는 경우, 표면에 히드록시기를 도입하여 표면에너지를 향상시킬 수 있고, 이에 따라 연신성 ACF와 화학 결합을 형성할 수 있어 접합력이 향상될 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 친수성 표면 처리는 실란 화합물을 이용하는 것일 수 있고, 상기 실란 화합물은 티올기, 아민기, 글리시딜기, 히드록시기, 카르복실기, 비닐기, 포스포네이트기, 무수물기, (메트)아크릴레이트기, 이소시아네이트기, 알데하이드기, 시아노기, 아자이드기, 에스테르기 및 할로겐 치환기 중 1종 이상을 포함하는 것일 수 있다. 상기 열거한 관능기를 포함하는 실란 화합물을 사용하는 경우, 상기 친수성 관능기가 상기 고분자 필름과 화학적 결합을 형성하여 연신성 ACF와 상기 전극 또는 상기 기판 간의 접합력이 향상될 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 전극 및 상기 전자 부품 중 1종 이상이 상기 계면 접합 부재와 접하는 면에 친수성 표면 처리된 것인 경우 화학 결합에 의해 약 50 ℃ 내지 100 ℃의 저온에서도 단순 압착만으로 연신성 ACF와 접합될 수 있고, 이에 따라 고분자 필름이 용해되거나 전도성 입자가 움직이는 현상이 발생하지 아니하여 접합 안정성이 우수할 수 있다. 또한, 상기 압착은 0.1 MPa 이상의 압력으로 수행되는 것일 수 있으나, 상기 범위로 제한되지는 않는다. 또한 상기 압력을 가하는 방법 역시 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어 직접 손으로 부재를 압착할 수 있다.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 기술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되지 않는다. 본 명세서의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.
사용된 재료
SU-8 50: MICROCHEM 社, USA (포토레지스트)
폴리디메틸실록산 프리폴리머: Dow Corning 社, USA
Sylgard 184: Dow Corning 社, USA (가교제)
NOA61: Norland Products, Inc., USA
말레산 무수물로 그래프트된 스티렌-에틸렌-부틸렌-스티렌 (SEBS-g-MA, MA 함량은 2 중량% 이하): 시그마 알드리치 社
트리클로로(옥타데실)실란 (OTS, 분자량 387.93 g/mol): 시그마 알드리치 社
클로로포름(99.5%): 삼천화학 社, 한국
톨루엔(99.8%): 삼천화학 社, 한국
금 코팅된 전도성 마이크로입자 (직경 3.25μm): 덕산 Co., 한국
폴리이미드 필름(두께 50 μm)
(3-머캅토프로필)트리메톡시실란 (MPTMS, 95%): 시그마 알드리치 社
(3-아미노프로필)트리에톡시실란 (APTES, 99%): 시그마 알드리치 社
(3-글리시딜옥시프로필)트리메톡시실란(GPTMS, 98%): 시그마 알드리치 社
실시예 1
다회용 스탬프의 제조
Native Si 웨이퍼를 세척하고 건조한 후 2.5 cm × 2.5 cm 로 재단하였다. SU-8 50 포토레지스트를 500 rpm 로 10 초 동안, 그리고 2000 rpm 로 30 초 동안 Si 웨이퍼 상에 스핀코팅하였다. 그 다음, 65 ℃로 10 분간 및 95 ℃로 20 분간 2회에 걸쳐 열처리되었다. 이후, 포토마스크를 그 위에 위치시킨 다음 36 초 동안 파장 365 nm의 30 mW/cm2 자외선광에 노출시켰다.
약간 가교된 포토레지스트를 65 ℃로 9 분간 및 95 ℃로 12 분간 후열처리한 후 현상 용액에 침지하여 노출되지 않은 SU-8 프리폴리머를 제거하였다. 그 다음, IPA로 헹궈진 후 용액을 80 ℃에서 증발시켜 제거하고 몰드를 수득하였다.
액상 PDMS (프리폴리머 및 가교제 중량비 10:1)를 몰드 상에 붓고, 3 시간동안 80 ℃에서 경화시켰다. 그 다음, NOA 61 를 경화된 고분자 패턴층 상에 붓고 모세관 힘을 극복하기 위해 NOA 61 프리폴리머를 디개싱(degas)하였다. 고분자 패턴층 상의 경화되지 않은 NOA 61을 20 분 동안 132 mW/cm2 의 UV에 노출시킨 후, 고분자 패턴층으로부터 벗겨내고 톨루엔으로 세척하였다. 톨루엔 중 2 중량%의 OTS 용액을 산소 플라즈마 처리된 NOA 61 스탬프 상에 스핀코팅하고 다회용 스탬프를 제조하였다.
연신성 ACF의 제조
클로로포름 중 8 중량%의 SEBS-g-MA 용액을 PDMS 필름 상에 3000 rpm으로 60 동안 스핀코팅하고 용매를 80 ℃에서 10 분간 증발시켰다. PDMS 필름 상에서 SEBS-g-MA 박막 (두께 ~17 μm)을 분리한 후, OTS-처리된 슬라이드 글라스 상에 위치시키고 상기에서 제조한 다회용 스탬프를 이용하여 진공 상태로 180 ℃에서 10 분간 열압착하여 패터닝된 고분자 필름을 제조하였다.
그 다음, 상기 패터닝된 고분자 필름 상에 Au/Ni/PS 마이크로입자(직경 ~20 μm)를 작은 PDMS 조각으로 러빙(rubbing)하고, 전도성 입자가 정렬된 패터닝된 고분자 필름을 PDMS 및 슬라이드 글래스 사이에 개재하여 진공 상태로 235 ℃에서 2 시간 동안 열압착하여 변형된 MPs 를 포함하는 연신성 ACF 를 수득하였다(두께 ~13 μm).
실시예 2
전도성 입자가 정렬된 패터닝된 고분자 필름을 PDMS 및 슬라이드 글래스 사이에 개재하여 진공 상태로 180 ℃에서 2 시간 동안 열압착한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 연신성 ACF를 수득하였다.
실시예 3
전도성 입자가 정렬된 패터닝된 고분자 필름을 PDMS 및 슬라이드 글래스 사이에 개재하여 진공 상태로 130 ℃에서 2 시간 동안 열압착한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 연신성 ACF를 수득하였다.
실시예 4
클로로포름 중 6 중량%의 SEBS-g-MA 용액을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 연신성 ACF를 수득하였다.
실시예 5
클로로포름 중 12 중량%의 SEBS-g-MA 용액을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 연신성 ACF를 수득하였다.
참고예 1
클로로포름 중 8 중량%의 SEBS-g-MA 용액을 PDMS 필름 상에 3000 rpm으로 60 동안 스핀코팅하고 용매를 80 ℃에서 10 분간 증발시켰다. PDMS 필름으로부터 SEBS-g-MA 박막 (두께 ~17 μm)을 분리하여 고분자 필름을 제조하였다.
참고예 2
실시예 1에서 제조된 전도성 입자가 정렬된 패터닝된 고분자 필름을 별도의 열압착 공정을 수행하지 않은 상태로 준비하였다.
실험예 1: SEM 이미지 및 OM 이미지의 관찰
상기 실시예 1에 있어, 전도성 입자가 정렬된 패터닝된 고분자 필름의 단면을 FE-SEM (S-2400, Hitachi) 기기를 이용하여 25kV, 1.2k 배의 조건으로 SEM 이미지를 촬영하였다.
도 5에 실시예 1의 전도성 입자가 정렬된 패터닝된 고분자 필름의 단면의 SEM 이미지를 나타내었다.
도 5를 참조하면, 고분자 필름이 오목부 및 볼록부를 포함하는 패턴으로 패터닝된 것을 확인할 수 있고, 상기 패턴의 오목부에 전도성 입자가 배치되어 정렬된 것을 확인할 수 있다.
또한 상기 실시예 1에서 제조한 연신성 ACF의 단면을 동일한 기기를 이용하여 FE-SEM (S-2400, Hitachi) 기기를 이용하여 25kV, 1.5k 배의 조건으로 SEM 이미지를 촬영하였다.
도 6에 실시예 1에서 제조한 연신성 ACF의 단면의 SEM 이미지를 나타내었다.
도 6을 참조하면, 고분자 필름에 포함된 전도성 입자를 확인할 수 있고, 전도성 입자는 도 5에서 관찰되는 구형에서, 열압착에 의해 변형되어 위와 아래가 노출된 형태인 것을 확인할 수 있다.
상기 실시예 1에서 제조한 연신성 ACF의 표면을 Olympus BX-51를 이용하여 반사모드, 200배의 조건에서 광학 현미경(OM) 이미지를 촬영하고, 실시예 1에서 제조한 연신성 ACF를 100 % 가로 방향으로 일축연신한 다음 상기와 동일한 조건으로 표면의 OM 이미지를 촬영하였다.
도 7a 및 도 7b에 각각 실시예 1에서 제조한 연신성 ACF의 표면의 OM 이미지를 나타내었다.
도 7a 및 도 7b를 참조하면, 실시예 1에서 제조한 연신성 ACF는 연신 자극에도 고분자 필름이 파괴되거나 입자가 탈락하지 않아 구조안정성이 우수하여 내구성이 확보되는 것을 확인할 수 있다.
실험예 2: 연신성 ACF의 기계적 물성
실시예 1 내지 3의 연신성 ACF 및 참조예 1 및 2의 필름을 5 mm × 30 mm 크기로 재단하고 양 면을 폴리이미드 점착 테이프로 인장기에 고정하였다. 인장기(T95-PE, LINKAM SCIENTIFIC INSTRUMENTS LTD, UK) 를 이용하여 다음 조건에서 응력 변형률 곡선을 얻었다: 인장된 ACP 두께는 13 μm였고, 5 mm * 5 mm 크기였다. 인장 속도는 50 μm/s 였고, 초기 거리는 5 mm 였다.
도 8에 실시예 1 내지 3의 연신성 ACF 및 참조예 1 및 2의 필름의 응력-변형률 곡선(Stress-strain curve) 을 나타내었다.
도 8을 참조하면, 실시예 1 내지 3의 연신성 ACF는 연신성이 우수하여 100 %의 연신율 하에서 응력이 10 MPa 미만인 것을 확인할 수 있다. 특히, 가장 고온에서 열압착되어 제조된 실시예 1의 연신성 ACF의 응력이 가장 낮아 신축성이 우수한 것을 확인할 수 있다.
실험예 3: 접속 저항 및 정렬유지도의 측정
4-프로브 측정법을 위해, 폭 1 mm 및 두께 60 nm 의 금 회로 라인을 MPTMPS-처리된 PI 필름 상의 PET shadow mask 를 이용하여 열증발기(TERALEADER Co. LTD., Korea)로 제조하였다. 제조된 금 회로 라인 상에 실시예 1, 4 및 5에서 제조한 ACF를 적층하고 Keithley 2450를 이용하여 4-프로브 측정이 수행되었다. 측정 결과로 접속 저항을 도출하였다. 또한, 액체 금속을 이용하여 직접 접속하여 동일한 조건으로 접속 저항을 측정하였다(ref).
또한, 광학 현미경을 통해 실시예 1, 4 및 5 에서 제조한 ACF의 열압착 전 후의 입자 수를 관찰하고 상기 식 #에 따라 정렬유지도를 계산하였다.
도 9에 실시예 1, 4 및 5 에서 제조한 ACF의 접속 저항 및 정렬유지도의 그래프를 나타내었다.
도 9를 참조하면, 실시예 1에서 제조한 연신성 ACF가 접속 저항이 낮으면서도 정렬유지도가 높아 우수한 효과를 갖는 것을 확인할 수 있다. 또한, 실시예 4에서 제조한 연신성 ACF의 경우, 고분자의 함량이 적어 열압착 공정 중에 전도성 입자가 노출된 면적이 넓은 영역와 좁은 영역이 혼재하여 접속 저항이 일정하지 않아 스케일 바가 다소 넓은 범위로 표시된 것을 확인할 수 있다.
실험예 4: 고분자 함량에 따른 ACF의 표면 관찰
실시예 1 및 실시예 4 및 5에서 제조한 연신성 ACF의 표면을 Olympus BX-51를 이용하여 반사모드, 50배의 조건에서 OM 이미지를 촬영하였다.
도 10a 내지 도 10c에 각각 실시예 1, 4 및 5에서 제조한 연신성 ACF의 표면 OM 이미지를 나타내었다.
도 10a 내지 도 10c를 참조하면, 상기 실시예 1에서 제조한 연신성 ACF가 가장 균일하게 전도성 입자가 배열되어 있는 것을 확인할 수 있다.
상기 실험예 3 및 4를 종합하면, 고분자의 함량이 8 중량%인 실시예 1의 연신성 ACF가 전도성 입자가 균일하게 배열되어 있으면서도 접속저항이 낮아 바람직한 것을 알 수 있다.
실험예 5: 연신성 ACF의 전기적 특성 평가
폴리이미드 필름 위에 SUS 쉐도우 마스크를 덮은 후 이베포레이터(evaporator)로 100 μm 너비의 금 라인을 증착한 배선 1 및 배선 2를 제조한 다음, 배선 1 및 배선 2 사이에 실시예 1에서 제조한 연신성 ACF가 위치하도록 적층하고 230℃의 온도로 1 시간 내지 2 시간 동안 열압착하여 제조한 적층체 표면을 Olympus BX-51를 이용하여 반사모드, 50배의 조건에서 OM 이미지로 촬영하였다.
도 11에 실시예 1에서 제조한 연신성 ACF를 포함하는 적층체의 상면에서 촬영한 OM 이미지를 나타내었다.
도 11을 참조하면, 배선 1(진분홍색 실선 부분) 및 배선 2(검정색 점선 부분) 사이에 연신성 ACF(전도성 입자가 정렬되어 있는 부분)가 위치하는 형태를 확인할 수 있다. 또한, 연신성 ACF를 통해 접속된 배선 1 및 배선 2의 금 라인을 나타내었다(A1-A2(미도시), B1-B2, C1-C2, D1-D2, E1-E2).
상기 제조한 적층체에 있어, 배선 1과 배선 2 의 금속 라인 사이에 0에서 1.5 V의 바이어스를 가해줌으로써, 흐르는 전류 값을 Keithley 2400으로 측정하였다.
도 12에 실험예 5의 적층체의 전기적 성능을 테스트한 결과 그래프를 나타내었다. 구체적으로, 상기 적층체의 바이어스에 대한 전류 값의 그래프를 접속 라인 별로 나타내었다.
적층된 배선 1 및 배선 2의 접속 라인들(A1-A2, B1-B2, C1-C2, D1-D2, E1-E2)의 경우 ACF를 통해 고 전도성의 접속이 가능함을 확인하였고, 분리 되어있는 A1-B2 라인에서는 전류가 측정되지 않는 것을 확인하였다. 결과적으로, 제작한 ACF를 통해 완벽한 이등방성 전도가 이루어짐을 확인할 수 있다.
제조예 1
아세톤, 에탄올, 탈이온수로 세척된 폴리이미드 필름을 산소 플라즈마 처리하고 진공 상태에서 (3-머캅토프로필)트리메톡시실란 용액을 2시간동안 기상증착하여 타겟 분자를 증착하였다. 자기조립단분자막(self-assembled membrane, SAM) 처리된 기재를 헹구고 80 ℃에서 건조하여 표면처리 기판을 제조하였다.
제조예 2
(3-아미노프로필)트리에톡시실란 용액을 사용한 것을 제외하고는 제조예 1과 동일한 방법으로 표면처리 기판을 제조하였다.
제조예 3
(3-글리시딜옥시프로필)트리에톡시실란 용액을 사용한 것을 제외하고는 제조예 1과 동일한 방법으로 표면처리 기판을 제조하였다.
실시예 6
실시예 1에서 제조한 연신성 ACF를 상기 제조예 1에서 제조한 표면처리 기판 2개 사이에 표면처리한 면과 접하도록 개재하고 1시간동안 열압착하여 적층체를 제조하였다.
실시예 7
실시예 1에서 제조한 연신성 ACF를 상기 제조예 2에서 제조한 표면처리 기판 2개 사이에 표면처리한 면과 접하도록 개재하고 1시간동안 열압착하여 적층체를 제조하였다.
실시예 8
실시예 1에서 제조한 연신성 ACF를 상기 제조예 3에서 제조한 표면처리 기판 2개 사이에 표면처리한 면과 접하도록 개재하고 1시간동안 열압착하여 적층체를 제조하였다.
참고예 3
구입하여 준비한 3M 社의 가발접착용 양면테이프(TT044)를 상기 제조예 3에서 제조한 표면처리 기판 2개 사이에 표면처리한 면과 접하도록 개재하고 1시간동안 열압착하여 적층체를 제조하였다.
참고예 4
구입하여 준비한 시그마 알드리치 社의 폴리스티렌-블록-폴리(에틸렌-랜덤-부티렌)-블록-폴리스티렌 필름을 상기 제조예 3에서 제조한 표면처리 기판 2개 사이에 표면처리한 면과 접하도록 개재하고 1시간동안 열압착하여 적층체를 제조하였다.
실험예 6: 접합 특성 확인
T-peel off test로 실시예 6 내지 8 및 참고예 3 및 4에서 제조한 적층체의 기판 2개를 분리하면서, 기판 간 거리가 1 cm 일 때의 접착력을 측정하였다.
도 13에 실시예 6 내지 8 및 참고예 3 및 4에서 제조한 적층체의 거리에 따른 접착력의 그래프를 나타내었다.
도 13을 참조하면, 실시예 7의 적층체가 가장 접착력이 강한 것을 확인할 수 있고, 그 다음으로 실시예 6의 적층체가 접착력이 강한 것을 확인할 수 있다. 즉, 기판의 표면이 친수성기를 갖는 실란으로 표면처리되는 경우 접합력이 강한 것을 확인할 수 있다.
제조예 4
아세톤, 에탄올, 탈이온수로 세척된 폴리이미드 필름 상에 SUS 쉐도우 마스크를 통해 열증발기로 200 um 너비 60 nm 두께의 금 라인을 형성하고, 진공 상태에서 (3-아미노프로필)트리에톡시실란 용액을 2시간동안 기상증착하여 타겟 분자를 증착하였다. 자기조립단분자막(self-assembled membrane, SAM) 처리된 기재를 헹구고 80 ℃에서 건조하여 유연 기판을 포함하는 표면처리 전극을 제조하였다.
제조예 5
PDMS 필름 상에 200 um 너비의 EGaIn 액체 금속 라인이 임베딩되게 제작하고, 액체 금속 라인이 형성된 면을 산소 플라즈마 처리하여 신축성 기판을 포함하는 전극을 제조하였다.
실시예 9
실시예 1에서 제조한 연신성 ACF를 상기 제조예 4에서 제조한 전극 2개 사이에 금 라인이 형성된 면과 접하도록 개재하고 1시간동안 80 ℃의 온도로 압착하여 5 mm * 10 mm 규격의 적층체를 제조하였다.
실시예 10
실시예 1에서 제조한 연신성 ACF를 상기 제조예 4에서 제조한 전극 및 제조예 5에서 제조한 전극 사이에, 전극의 금 라인이 형성된 면 및 금속 라인이 형성된 면과 접하도록 개재하고 1시간동안 80 ℃의 온도로 압착하여 5 mm * 10 mm 규격의 적층체를 제조하였다.
실시예 11
실시예 1에서 제조한 연신성 ACF를 상기 제조예 5에서 제조한 전극 2개 사이에 금속 라인이 형성된 면과 접하도록 개재하고 1시간동안 80 ℃의 온도로 압착하여 5 mm * 10 mm 규격의 적층체를 제조하였다.
실험예 7: 다양한 기판에 대한 전기적 특성 확인
실시예 9의 적층체에 시간에 따라 다른 압력을 가하며 Keitheley 2400으로 1 V를 가해주었을 때 전류 값을 측정하였다.
실시예 10 및 11의 적층체를 시간에 따라 다른 연신율로 일 방향으로 연신하며 Keitheley 2400으로 1 V를 가해주었을 때 전류 값을 측정하였다.
측정한 전류는, 압력을 가하거나 연신을 하지 않았을 때의 전류값(I0)으로 나누어 상대 전류로 나타내었다.
도 14는 실시예 9의 적층체에 가해준 시간에 따른 압력 및 상대전류를 나타낸 그래프이고, 도 15 및 도 16은 각각 실시예 10 및 11의 적층체에 가해준 시간에 따른 연신 및 상대전류를 나타낸 그래프이다.
도 14를 참조하면, 실시예 1에서 제조한 연신성 ACF의 고분자 필름에 포함된 말레인산기와, 유연 기판 표면의 아민기가 화학 결합함으로써 외부 압력이 존재하더라도 안정적인 계면 접속이 이루어지는 것을 알 수 있고, 도 15를 참조하면, 실시예 1에서 제조한 연신성 ACF의 고분자 필름에 포함된 말레인산기와, 유연 기판 표면의 아민기 및 신축성 기판 표면의 히드록시기가 화학 결합함으로써 외력에 따른 연신이 20 %까지 가해지더라도 안정적인 계면 접속이 이루어지는 것을 알 수 있으며, 도 16을 참조하면, 실시예 1에서 제조한 연신성 ACF의 고분자 필름에 포함된 말레인산기와, 신축성 기판 표면의 히드록시기가 화학 결합함으로써 외력에 따른 연신이 80 %까지 가해지더라도 전류의 변화량이 거의 없어 안정적인 계면 접속이 이루어지는 것을 알 수 있다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
100: 연신성 ACF
10: 전도성 입자
20: 고분자 필름
30: 다회용 스탬프
41, 42: 기재
50: 실란 표면처리층
60: 패터닝된 고분자 필름
70: 탄성부재
10: 전도성 입자
20: 고분자 필름
30: 다회용 스탬프
41, 42: 기재
50: 실란 표면처리층
60: 패터닝된 고분자 필름
70: 탄성부재
Claims (25)
- 고분자 필름; 및 상기 고분자 필름에 삽입되어 정렬된 전도성 입자를 포함하고,
상기 전도성 입자는 고분자 필름의 상부 및 하부 표면 외부로 노출되어 있는 것인 연신성 ACF.
- 제1항에 있어서,
상기 고분자 필름은 무수말레인산이 그래프트된 열가소성 고무를 포함하는 것인 연신성 ACF.
- 제2항에 있어서,
상기 열가소성 고무는 스티렌-에틸렌-부틸렌-스티렌(SEBS), 스티렌-이소프렌-스티렌(SIS), 스티렌-부타디엔-스티렌(SBS), 폴리우레탄(PU) 계 고무 및 폴리올레핀(PO) 계 고무에서 선택된 것인 연신성 ACF.
- 제1항에 있어서,
상기 전도성 입자의 직경은 10 μm 내지 200 μm 인 것인 연신성 ACF의 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 전도성 입자 간 간격은 10 μm 내지 400 μm 인 것인 연신성 ACF.
- 제1항에 있어서,
상기 전도성 입자는 격자형, 허니콤형, 선형 및 사각형 중 어느 한 배치 형태로 정렬된 것인 연신성 ACF.
- 제1항에 있어서,
상기 전도성 입자는 외부 표면의 10 % 내지 30 %가 고분자 필름의 외부로 노출되어 있는 것인 연신성 ACF.
- 제1항에 있어서,
100 %의 연신율로 연신하였을 때의 응력이 10 MPa 이하인 연신성 ACF.
- 볼록부 및 오목부를 포함하는 패턴으로 패터닝된 고분자 필름을 제조하는 단계;
상기 패터닝된 고분자 필름의 상기 오목부에 전도성 입자를 배치하여 전도성 입자가 정렬된 고분자 필름을 수득하는 단계; 및
상기 전도성 입자가 정렬된 고분자 필름을 열압착하는 단계;를 포함하는 것인 제1항에 따른 연신성 ACF(Anisotropic Conductive Film)의 제조방법.
- 제9항에 있어서,
상기 패터닝된 고분자 필름을 제조하는 단계는,
다회용 스탬프를 제조하는 단계; 및
상기 다회용 스탬프를 고분자 필름과 열압착하여 볼록부 및 오목부를 포함하는 패턴으로 패터닝된 고분자 필름을 제조하는 단계;를 포함하는 것인 연신성 ACF의 제조방법.
- 제10항에 있어서,
상기 다회용 스탬프를 제조하는 단계는,
기재 상에 포토레지스트를 코팅하고 경화하여 포토레지스트층을 형성하는 단계;
상기 포토레지스트층 상에 포토마스크를 위치시키고 광을 조사하여 패터닝된 포토레지스트층을 형성하는 단계; 및
상기 패터닝된 포토레지스트층을 추가 경화하고 현상 용액에 침지하여 몰드를 제조하는 단계; 및
상기 몰드를 이용하여 볼록부 및 오목부를 포함하는 패턴을 포함하는 다회용 스탬프를 제조하는 단계; 를 포함하는 것인 연신성 ACF의 제조방법.
- 제10항에 있어서,
상기 고분자 필름은 무수말레인산이 그래프트된 열가소성 고무를 5 중량% 내지 20 중량% 포함하는 용액을 코팅하고 건조하여 제조된 것인 연신성 ACF의 제조방법.
- 제10항에 있어서,
상기 다회용 스탬프를 상기 고분자 필름과 열압착하는 단계;는 150 ℃ 내지 200 ℃의 온도에서 5 분 내지 20 분 동안 열압착하여 수행되는 것인 연신성 ACF의 제조방법.
- 제10항에 있어서,
상기 패터닝된 고분자 필름의 상기 오목부는 상기 다회용 스탬프의 볼록부에 의해 형성되고, 상기 패터닝된 고분자 필름의 상기 볼록부는 상기 다회용 스탬프의 오목부에 의해 형성되는 것인 연신성 ACF의 제조방법.
- 제9항에 있어서,
상기 전도성 입자를 배치하는 단계는,
상기 패터닝된 고분자 필름의 일부 또는 전부에 다수의 전도성 입자를 위치시키는 단계;
탄성부재를 상기 패터닝된 고분자 필름으로부터 상기 전도성 입자 직경의 1배 내지 10배의 이격거리로 상기 전도성 입자 상에 위치시키는 단계; 및
상기 패터닝된 고분자 필름을 일 방향으로 1회 또는 복수회 소정 거리를 왕복시켜 상기 탄성부재가 상기 전도성 입자를 상기 패터닝된 고분자 필름의 상기 오목부에 삽입시키는 단계;를 포함하는 것인 연신성 ACF의 제조방법.
- 제9항에 있어서,
상기 전도성 입자가 정렬된 고분자 필름을 열압착하는 단계;는 100 ℃ 내지 300 ℃의 온도에서 1 시간 내지 4 시간 동안 열압착하여 수행되는 것인 연신성 ACF의 제조방법.
- 제9항에 있어서,
상기 2차 열압착하는 단계 이후에 상기 연신성 ACF의 일면 또는 양면을 산소 플라즈마로 표면처리하는 단계를 더 포함하는 것인 연신성 ACF의 제조방법.
- 제1항에 따른 연신성 ACF를 포함하는 계면 접합 부재.
- 전극 및 전자 부품 중 1종 이상 및 제18항에 따른 계면 접합 부재를 포함하는 소자.
- 제19항에 있어서,
상기 전극 및 전자 부품 중 1종 이상은 상기 계면 접합 부재와 접하는 면에 친수성 표면 처리된 것인 소자.
- 제20항에 있어서,
상기 친수성 표면 처리는 산소 플라즈마 처리인 것인 소자.
- 제20항에 있어서,
상기 친수성 표면 처리는 실란 화합물을 이용하는 것인 소자.
- 제22항에 있어서,
상기 실란 화합물은 티올기, 아민기, 글리시딜기, 히드록시기, 카르복실기, 비닐기, 포스포네이트기, 무수물기, (메트)아크릴레이트기, 이소시아네이트기, 알데하이드기, 시아노기, 아자이드기, 에스테르기 및 할로겐 치환기 중 1종 이상을 포함하는 것인 소자.
- 제19항에 있어서,
상기 전자 부품은 능동소자 및 수동소자 중 1종 이상을 포함하는 것인 소자.
- 제19항에 있어서,
상기 전극은 전도성 물질층이 형성되어 있는 기판을 포함하는 것인 소자.
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