WO2023219356A1 - 도전볼을 포함하는 연신성 이방 전도성 필름 및 이의 제조방법 - Google Patents

도전볼을 포함하는 연신성 이방 전도성 필름 및 이의 제조방법 Download PDF

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WO2023219356A1
WO2023219356A1 PCT/KR2023/006203 KR2023006203W WO2023219356A1 WO 2023219356 A1 WO2023219356 A1 WO 2023219356A1 KR 2023006203 W KR2023006203 W KR 2023006203W WO 2023219356 A1 WO2023219356 A1 WO 2023219356A1
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WO
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stretchable
conductive film
anisotropic conductive
manufacturing
mold
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PCT/KR2023/006203
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English (en)
French (fr)
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정운룡
박두원
장세윤
박혜지
Original Assignee
주식회사 마이다스에이치앤티
포항공과대학교 산학협력단
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Publication date
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L15/00—Compositions of rubber derivatives
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/20—Exposure; Apparatus therefor
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B13/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing conductors or cables
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B3/00—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties
    • H01B3/18—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties mainly consisting of organic substances
    • H01B3/30—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties mainly consisting of organic substances plastics; resins; waxes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B5/00—Non-insulated conductors or conductive bodies characterised by their form
    • H01B5/16—Non-insulated conductors or conductive bodies characterised by their form comprising conductive material in insulating or poorly conductive material, e.g. conductive rubber

Definitions

  • the present invention relates to a stretchable anisotropic conductive film containing conductive balls and a method of manufacturing the same.
  • the adhesive layer of ACF requires high toughness and stable adhesive strength, but the adhesive layer of conventional ACF does not have sufficient toughness or adhesive strength. Additionally, since the particles responsible for conductivity are arranged irregularly within the adhesive layer, it is difficult to form a high-resolution electrical interface between circuits with fine spacing and width, and high pressure, temperature, and time are required to form bonds between devices. Therefore, there is a need to develop ACF that solves these problems and has excellent stretchability and conductivity.
  • the present invention seeks to provide a stretchable anisotropic conductive film that is quickly and simply manufactured at low temperature and low pressure, and a method for manufacturing the same.
  • the stretchable anisotropic conductive film according to the present invention includes a stretchable substrate; and conductive balls inserted and aligned within the stretchable substrate.
  • the stretchable substrate is styrene-ethylene-butylene-styrene (SEBS), styrene-isoprene-styrene (SIS), styrene-butadiene-styrene (SBS), polyurethane (PU)-based rubber, and It may include a thermoplastic rubber grafted with maleic anhydride containing at least one thermoplastic rubber selected from the group consisting of polyolefin (PO)-based rubber.
  • SEBS styrene-ethylene-butylene-styrene
  • SIS styrene-isoprene-styrene
  • SBS styrene-butadiene-styrene
  • PU polyurethane
  • the conductive ball is made of PS (Polystyrene), PU (Polyurethane) PE (Polyethylene), PP (Polypropylene), PB (Polybutylene), Nylon, and Styrene-divinyl benzene. ), wherein the particles include gold (Au), nickel (Ni), silver (Ag), copper (Cu), aluminum (Al), and palladium (Pd). , may be coated with at least one selected from the group consisting of chromium (Cr), titanium (Ti), tin (Sn), and molybdenum (Mo).
  • the diameter of the conductive balls is 1 ⁇ m to 100 ⁇ m
  • the spacing between the conductive balls is 1 ⁇ m to 100 ⁇ m
  • the pitch is 2 ⁇ m to 200 ⁇ m
  • the diameter of the conductive balls and The spacing between the conductive balls may be 2:1 to 1:2.
  • the thickness of the stretchable substrate may be 40% to 70% of the diameter of the conductive ball.
  • the stretchable substrate has constant physical properties, and the conductive ball is inserted and aligned in the vertical direction on the surface of the stretchable anisotropic conductive film so that both sides of the stretchable anisotropic conductive film are electrically conductive, 30% to 60% of the outer surface may be exposed to the outside of the stretchable substrate.
  • a method for manufacturing a stretchable anisotropic conductive film according to the present invention includes manufacturing a mold patterned with a pattern including concave portions; Placing a conductive ball in the mold; coating a stretchable substrate on the mold where the conductive balls are placed; and removing the mold.
  • the step of manufacturing the mold may be performed using a photolithography, nanoimprint, soft lithography, block copolymer lithography, or capillary lithography process.
  • manufacturing the mold includes preparing a UV-curable polymer; Placing a photomask on the UV curable polymer and patterning it by irradiating UV; And washing the patterned UV-curable polymer to obtain a patterned mold, wherein the UV-curable polymer includes polyethylene glycol diacrylate (PEG-DA), epoxy acrylate, and polyester acrylate ( It may include at least one selected from the group consisting of polyester acrylate, polyurethane acrylate, and silicone acrylate.
  • PEG-DA polyethylene glycol diacrylate
  • epoxy acrylate epoxy acrylate
  • polyester acrylate It may include at least one selected from the group consisting of polyester acrylate, polyurethane acrylate, and silicone acrylate.
  • the UV curable polymer in the step of patterning by irradiating UV, is patterned into a cured hard gel and an uncured soft gel, the soft gel forms the concave portion, and the depth of the concave portion is may be 10% to 30% of the diameter of the conductive ball.
  • the step of patterning by irradiating UV is irradiating UV for 1 to 10 seconds, the distance between the UV curable polymer and the UV light source is 8 cm to 16 cm, and the UV intensity is 2. It may be mW/cm 2 to 20 mW/cm 2 .
  • the step of arranging the conductive ball is rubbing the conductive ball on the mold, the conductive ball is adhered to the concave portion, and the adhesive force of the concave portion is 1 nN to 90 nN. You can.
  • arranging the challenge ball may further include the step of blowing air afterwards.
  • the step of removing the mold is to peel off the stretchable substrate, and the stretchable substrate may be aligned by inserting the conductive ball.
  • the present invention can provide a stretchable anisotropic conductive film manufactured quickly and simply at low temperature and low pressure, and a method for manufacturing the same.
  • the method for manufacturing a stretchable anisotropic conductive film according to the present invention can provide a quick and simple method for manufacturing a stretchable anisotropic conductive film that does not require a heat compression process such as high temperature and pressure.
  • particles can be arranged in various shapes by setting the size and spacing of the desired pattern, and conductive balls of various sizes can be used to manufacture stretchable anisotropic conductive films without designing a new mold.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a stretchable anisotropic conductive film according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 2 is a schematic diagram of a method of manufacturing a stretchable anisotropic conductive film according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 3 is a schematic diagram of the step of manufacturing a mold in the method of manufacturing a stretchable anisotropic conductive film according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 4 is a schematic diagram of the step of arranging a conductive ball and the step of coating a stretchable substrate in the method of manufacturing a stretchable anisotropic conductive film according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 5 is an SEM image of a patterned mold according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 6 is (a) an OM image of a mold in which conductive balls are placed and (b) an SEM image of a cross section of a stretchable anisotropic conductive film according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 7 is a graph showing the IV measurement results of an electronic device to which a stretchable anisotropic conductive film according to an embodiment of the present invention is applied.
  • the stretchable anisotropic conductive film according to the present invention includes a stretchable substrate; and conductive balls inserted and aligned within the stretchable substrate.
  • the stretchable anisotropic conductive film (S-ACF) according to the present invention has excellent stretchability, that is, elasticity, and can change with the deformation of the substrate, making it suitable for flexible electronic devices. It has excellent adhesion and can be applied to electronic devices. It can firmly join the interfaces of different members, maintain uniform and constant conductivity by including regularly arranged conductive balls, and can be used in various fields because the area where the conductive balls are arranged can be freely controlled. .
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a stretchable anisotropic conductive film according to an embodiment of the present invention.
  • the conductive ball 10 can be inserted and aligned within the stretchable substrate 20, and current flows in the vertical direction through the portion where the conductive ball 10 is exposed, and the non-conductive stretchable substrate 20 (20), it is possible to provide a stretchable anisotropic conductive film 100 with a vertical conduction path through which current cannot flow in the horizontal direction.
  • the stretchable substrate is styrene-ethylene-butylene-styrene (SEBS), styrene-isoprene-styrene (SIS), styrene-butadiene-styrene (SBS), polyurethane (PU)-based rubber, and It may include a thermoplastic rubber grafted with maleic anhydride containing at least one thermoplastic rubber selected from the group consisting of polyolefin (PO)-based rubber.
  • SEBS styrene-ethylene-butylene-styrene
  • SIS styrene-isoprene-styrene
  • SBS styrene-butadiene-styrene
  • PU polyurethane
  • the stretchable substrate has excellent elasticity and high elongation, and has low conductivity, making it possible to form a stretchable anisotropic conductive film so that electricity can flow only at desired locations.
  • Thermoplastic rubber grafted with maleic anhydride has excellent flexibility and elasticity and may be suitable as a material for the stretchable substrate.
  • the thermoplastic rubber grafted with maleic anhydride can form a chemical bond with other members, such as a target substrate, to form stable adhesion even at low temperature and pressure.
  • the thermoplastic rubber may preferably be styrene-ethylene-butylene-styrene, but is not limited to those listed above.
  • the maleic anhydride may be 1% by weight or more of the thermoplastic rubber. When maleic anhydride is included in an amount within the above range, it may have the effect of providing a sufficient number of bond formation sites relative to the adhesive area.
  • the conductive ball is made of PS (Polystyrene), PU (Polyurethane) PE (Polyethylene), PP (Polypropylene), PB (Polybutylene), Nylon, and Styrene-divinyl benzene. ), wherein the particles include gold (Au), nickel (Ni), silver (Ag), copper (Cu), aluminum (Al), and palladium (Pd). , may be coated with at least one selected from the group consisting of chromium (Cr), titanium (Ti), tin (Sn), and molybdenum (Mo).
  • the conductive ball has at least a conductive surface, so that it can form a stretchable anisotropic conductive film with region-selective conductivity.
  • the conductive balls are inserted into and aligned with the stretchable substrate. That is, the conductive balls may be embedded in the stretchable substrate and may be arranged in a regular manner.
  • the “alignment” may mean that a plurality of challenge balls are arranged at equal intervals or at intervals with a certain regularity. That is, when one conductive ball is inserted into a stretchable substrate, other conductive balls can be positioned at a predetermined interval, and another conductive ball can also be positioned at a predetermined interval from the other conductive ball. there is.
  • the conductive balls may be arranged in any one of grid, honeycomb, linear, and square arrangements, but are not limited thereto and may be arranged in various shapes as needed.
  • the conductive ball may be entirely a metal particle or a particle whose surface is coated with a metal material, and may preferably have a spherical shape.
  • the conductive ball includes a core containing an insulating polymer; and a shell containing a metal; it may be a core-shell structure containing a.
  • conductive balls of uniform size can be used in the stretchable anisotropic conductive film, and the weight of the stretchable anisotropic conductive film can be reduced, thereby reducing the weight of the device and reducing production costs. It might work.
  • the diameter of the conductive balls is 1 ⁇ m to 100 ⁇ m
  • the spacing between the conductive balls is 1 ⁇ m to 100 ⁇ m
  • the pitch is 2 ⁇ m to 200 ⁇ m
  • the diameter of the conductive balls and The spacing between the conductive balls may be 2:1 to 1:2.
  • the diameter of the conductive ball is preferably between 1 ⁇ m and 80 ⁇ m; 1 ⁇ m to 60 ⁇ m; 1 ⁇ m to 40 ⁇ m; 1 ⁇ m to 20 ⁇ m; 2 ⁇ m to 80 ⁇ m; 2 ⁇ m to 60 ⁇ m; 2 ⁇ m to 40 ⁇ m; 2 ⁇ m to 20 ⁇ m; 5 ⁇ m to 80 ⁇ m; 5 ⁇ m to 60 ⁇ m; 5 ⁇ m to 40 ⁇ m; Or it may be 5 ⁇ m to 20 ⁇ m.
  • the diameter of the conductive ball is less than 1 ⁇ m, when rubbing the conductive ball to arrange it in the stretchable substrate, the conductive ball is not rolled but is swept as it is, resulting in particle assembly. There may be a problem that it is difficult to form, and if it exceeds 100 ⁇ m, there may be a problem with resolution.
  • Each individual conductive ball may have the same diameter.
  • conductive balls having the same diameter there is no step in the height direction of the stretchable anisotropic conductive film, so a separate bumper layer for anisotropic conduction may not be necessary.
  • the spacing between challenge balls may represent the closest distance between the end of one challenge ball and the end of another challenge ball.
  • the spacing between the conductive balls is preferably 1 ⁇ m to 80 ⁇ m; 1 ⁇ m to 60 ⁇ m; 1 ⁇ m to 40 ⁇ m; 1 ⁇ m to 20 ⁇ m; 2 ⁇ m to 80 ⁇ m; 2 ⁇ m to 60 ⁇ m; 2 ⁇ m to 40 ⁇ m; 2 ⁇ m to 20 ⁇ m; 5 ⁇ m to 80 ⁇ m; 5 ⁇ m to 60 ⁇ m; 5 ⁇ m to 40 ⁇ m; Or it may be 5 ⁇ m to 20 ⁇ m.
  • the pitch of the challenge ball may represent the distance from the center of one challenge ball to the center of another challenge ball.
  • the pitch of the conductive ball is preferably between 2 ⁇ m and 160 ⁇ m; 2 ⁇ m to 120 ⁇ m; 2 ⁇ m to 80 ⁇ m; 2 ⁇ m to 40 ⁇ m; 4 ⁇ m to 160 ⁇ m; 4 ⁇ m to 120 ⁇ m; 4 ⁇ m to 80 ⁇ m; 4 ⁇ m to 40 ⁇ m; 10 ⁇ m to 160 ⁇ m; 10 ⁇ m to 120 ⁇ m; 10 ⁇ m to 80 ⁇ m; Or it may be 10 ⁇ m to 40 ⁇ m, and can provide a fine pitch stretchable anisotropic conductive film.
  • the spacing and pitch of the conductive balls are less than the above range, there may be a problem in which the arrangement is not properly formed. As the spacing between conductive balls narrows, contact phenomena such as electrostatic attraction between conductive balls may occur during the rubbing process, which may cause cross-talk, and the conductive balls may be arranged so densely that it may be difficult to arrange them in the desired pattern. .
  • the conductive balls are aligned with the spacing and pitch within the above range, due to the regular arrangement of the particle diameter units, performance such as conductivity and resolution can be constant within the entire area of the stretchable anisotropic conductive film, and thus electrode connection Accurate design of (interconnection) may be possible.
  • the spacing and pitch of the conductive balls can be adjusted depending on the arrangement type, the diameter of the conductive balls, and the field of use of the stretchable anisotropic conductive film.
  • the diameter of the conductive balls and the spacing between the conductive balls are preferably 2:1 to 2:3; 2:1 to 1:1; 2:1 to 3:2; 3:2 to 1:1; 3:2 to 2:3; 3:2 to 1:2; 1:1 to 2:3; 1:1 to 1:2; Or it may be 2:3 to 1:2.
  • the thickness of the stretchable substrate may be 40% to 70% of the diameter of the conductive ball.
  • the thickness of the stretchable substrate is less than 40% of the diameter of the conductive ball, there may be a problem in which the conductive balls are not properly aligned, or the thickness of the stretchable substrate is too thin to properly adhere to the surface of the electrode substrate. If it is more than 70%, the stretchable substrate covers the surface of the conductive ball and the conductive ball is not exposed, which may cause problems with electricity supply.
  • the thickness ratio of the stretchable substrate is within the above range, a portion of the conductive ball is exposed from the surface of the stretchable substrate, and when the stretchable anisotropic conductive film is pressed with another member such as a target substrate, it can have high conductivity. .
  • the thickness of the stretchable substrate may be 1 ⁇ m to 50 ⁇ m, but is not limited to this range.
  • the stretchable substrate has constant physical properties, and the conductive ball is inserted and aligned in the vertical direction on the surface of the stretchable anisotropic conductive film so that both sides of the stretchable anisotropic conductive film are electrically conductive, 30% to 60% of the outer surface may be exposed to the outside of the stretchable substrate.
  • conductive balls are exposed to the outside through hot pressing and form conductivity by contacting other members such as a target substrate.
  • the stretchable substrate of the stretchable anisotropic conductive film that has gone through a heat compression process is in close contact with the conductive ball, causing the conductive ball to be exposed to the outside and be pushed away. This may cause differences in physical properties depending on the location and may not be uniform overall. There may be deformation in the stretchable substrate before heat compression.
  • physical properties may mean elongation, toughness, etc.
  • the stretchable anisotropic conductive film according to the present invention is formed by coating a stretchable base material on a conductive ball without a heat compression process, deformation of the stretchable base material does not occur, and thus the stretchable anisotropic conductive film is stretched regardless of the position of the conductive ball inserted into the stretchable base material.
  • the physical properties of all parts of the new substrate may be constant.
  • the stretchable anisotropic conductive film can form a vertical conductive path that conducts electricity through conductive balls inserted in the vertical direction.
  • the conductive balls are exposed to the outside of the upper and lower surfaces of the stretchable substrate.
  • the current flowing from the member in contact with one side of the stretchable anisotropic conductive film can be allowed to flow to the other member in contact with the other side of the stretchable anisotropic conductive film.
  • the exposed external surface may include both the upper and lower surfaces where the conductive ball is exposed.
  • the conductive ball has 30% to 50% of the outer surface; 30% to 40%; 40% to 60%; 40% to 50%; Or 50% to 60% may be exposed to the outside of the upper and lower surfaces of the stretchable substrate.
  • the stretchable anisotropic conductive film according to the present invention may have a stress of 10 MPa or less, 8 MPa or less, or 5 MPa or less when stretched at an elongation rate of 100%. If the stress is within the above range when stretched at an elongation rate of 100%, the stretchable anisotropic conductive film may have excellent elasticity, and conductivity may not deteriorate even in the presence of physical stimulation, resulting in excellent conduction stability. In addition, the stretchable anisotropic conductive film according to the present invention may have a stress of 10 MPa or less when stretched at an elongation rate of 200%.
  • a method for manufacturing a stretchable anisotropic conductive film according to the present invention includes manufacturing a mold patterned with a pattern including concave portions; Placing a conductive ball in the mold; coating a stretchable substrate on the mold where the conductive balls are placed; and removing the mold.
  • the method for manufacturing a stretchable anisotropic conductive film according to the present invention can quickly and simply provide a fine-pitch stretchable anisotropic conductive film with excellent elasticity and conductivity at low temperature and low pressure.
  • Figure 2 is a schematic diagram of a method of manufacturing a stretchable anisotropic conductive film according to an embodiment of the present invention.
  • a conductive ball 10 may be placed on the patterned mold 30.
  • the conductive ball 10 inserted into the stretchable substrate 20 can be obtained by coating the stretchable substrate 20 on the patterned mold 30 in which the conductive ball 10 is disposed, and remove it ( Peel off)
  • the patterned mold 30 can be removed and a stretchable anisotropic conductive film can be manufactured.
  • the method of manufacturing a stretchable anisotropic conductive film according to the present invention involves placing conductive balls on a mold and then coating a stretchable substrate. Through this, a fine pitch stretchable anisotropic conductive film can be easily manufactured under low temperature and low pressure conditions.
  • the characteristics of the conductive ball and the stretchable substrate are the same as those described above, so their description is omitted below.
  • the step of manufacturing the mold may be performed using a photolithography, nanoimprint, soft lithography, block copolymer lithography, or capillary lithography process.
  • the process in which the mold manufacturing step is performed is not particularly limited, but may preferably be performed through a photolithography process.
  • manufacturing the mold includes preparing a UV-curable polymer; Placing a photomask on the UV curable polymer and patterning it by irradiating UV; And washing the patterned UV-curable polymer to obtain a patterned mold, wherein the UV-curable polymer includes polyethylene glycol diacrylate (PEG-DA), epoxy acrylate, and polyester acrylate ( It may include at least one selected from the group consisting of polyester acrylate, polyurethane acrylate, and silicone acrylate.
  • PEG-DA polyethylene glycol diacrylate
  • epoxy acrylate epoxy acrylate
  • polyester acrylate It may include at least one selected from the group consisting of polyester acrylate, polyurethane acrylate, and silicone acrylate.
  • Figure 3 is a schematic diagram of the step of manufacturing a mold in the method of manufacturing a stretchable anisotropic conductive film according to an embodiment of the present invention.
  • a mold 30 patterned in a desired pattern can be obtained by coating and preparing a UV curable polymer 40, placing a photomask 50 on it, and then irradiating UV.
  • the step of preparing the UV curable polymer may be coating the UV curable polymer on the wafer.
  • the wafer is not particularly limited and may be selected from silicon wafers, glass, and metal substrates. Preferably, it may be a silicon wafer.
  • the wafer may be subjected to chemical surface treatment to form a stable bond with a UV-curable polymer.
  • the surface treatment may be oxygen plasma treatment at 100 W to 300 W for 1 minute to 5 minutes and then treatment with a silane compound solution.
  • the silane compound may preferably be TMSPMA (3-(Trimethoxysilyl)propyl methacrylate).
  • the silane compound solution treatment may be performed at a temperature of 50°C to 80°C for 30 minutes to 2 hours.
  • the step of preparing a UV-curable polymer may be coating a solution of a mixture of a UV-curable polymer and a photocuring agent on the surface-treated wafer.
  • the coating may include at least one selected from the group consisting of spray coating, spin coating, dip coating, screen coating, knife coating, kiss coating, gravure coating, bar coating, screen printing, and spray-mist spray coating. , preferably spin coating.
  • the photomask may have circular patterns arranged in various shapes.
  • the pattern may be arranged in any one of grid, honeycomb, linear and square arrangements, but is not limited thereto and may be arranged in various forms as needed.
  • the photomask can be patterned by arranging a pattern of a desired shape where the conductive balls are ultimately arranged.
  • the UV curable polymer is not limited to those listed above, and may preferably have low adhesion to the stretchable substrate. UV-curable polymers cure in areas exposed to UV and do not cure in areas not exposed to UV, and can be patterned by UV irradiation.
  • the UV curable polymer in the step of patterning by irradiating UV, is patterned into a cured hard gel and an uncured soft gel, the soft gel forms the concave portion, and the depth of the concave portion is may be 10% to 30% of the diameter of the conductive ball.
  • the UV curable polymer may be cured in a portion exposed to UV to form a hard gel, while the portion not exposed to UV is not cured to form a soft soft gel. It can be hardened into a desired pattern using a photomask, and the pattern shape may be concave. This may be caused by a difference in refractive index between the cured UV-curable polymer and the uncured UV-curable polymer.
  • the concave pattern may have adhesive force due to viscoelastic polymer at the interface of the UV-curable polymer.
  • the depth of the concave portion is less than 10% of the diameter of the conductive ball, there may be a problem in which the conductive balls are not properly aligned. If the depth is more than 30%, the stretchable substrate covers the top of the conductive ball when forming the film, causing the top of the conductive ball to be damaged. There may be a problem that it does not open or the thickness of the film is not appropriate.
  • the depth ratio of the concave portion is formed within the above range, the surface of the conductive ball is appropriately exposed, and a stretchable anisotropic conductive film with excellent stretchability and conductivity can be manufactured.
  • the step of patterning by irradiating UV is irradiating UV for 1 to 10 seconds, the distance between the UV curable polymer and the UV light source is 8 cm to 16 cm, and the UV intensity is 2. It may be mW/cm 2 to 20 mW/cm 2 .
  • the UV irradiation time is preferably 1 second to 8 seconds; 1 second to 6 seconds; 1 second to 4 seconds; 1 to 3 seconds; 3 to 10 seconds; 3 to 8 seconds; 3 to 6 seconds; 3 to 5 seconds; 4 to 10 seconds; 4 to 8 seconds; Or it may be 4 seconds to 6 seconds.
  • the distance between the UV curable polymer and the UV light source is preferably between 8 cm and 14 cm; 8 cm to 12 cm; 8 cm to 10 cm; 10 cm to 16 cm; 10 cm to 14 cm; 10 cm to 12 cm; 12 cm to 16 cm; Or it may be 12 cm to 14 cm.
  • the UV intensity is preferably between 2 mW/cm 2 and 18 mW/cm 2 ; 2 mW/cm 2 to 14 mW/cm 2 ; 2 mW/cm 2 to 10 mW/cm 2 ; 2 mW/cm 2 to 6 mW/cm 2 ; 4 mW/cm 2 to 20 mW/cm 2 ; 4 mW/cm 2 to 18 mW/cm 2 ; 6 mW/cm 2 to 14 mW/cm 2 ; 6 mW/cm 2 to 10 mW/cm 2 ; 8 mW/cm 2 to 20 mW/cm 2 ; 8 mW/cm 2 to 18 mW/cm 2 ; 8 mW/cm 2 to 14 mW/cm 2 ; The degree may be 8 mW/cm 2 to 10 mW/cm 2 ;
  • the photoreaction of the UV-curable polymer can be performed smoothly, the conductive ball adheres smoothly, and a concave deep enough to expose the surface of the conductive ball to the stretchable substrate is clearly visible. can be formed.
  • the step of arranging the conductive ball is rubbing the conductive ball on the mold, the conductive ball is adhered to the concave portion, and the adhesive force of the concave portion is 1 nN to 90 nN. You can.
  • Figure 4 is a schematic diagram of the step of arranging a conductive ball and the step of coating a stretchable substrate in the method of manufacturing a stretchable anisotropic conductive film according to an embodiment of the present invention.
  • rubbing may be performed using an elastic member 60 to place the conductive ball 10 on the patterned mold 30, and the conductive ball 10 may be placed on the mold 30 where the conductive ball 10 is placed.
  • a stretchable anisotropic conductive film can be formed by coating the stretchable substrate 20.
  • the concave pattern formed by the uncured UV-curable polymer may have adhesive force due to a viscoelastic polymer at the interface of the UV-curable polymer.
  • the rubbing refers to arranging conductive balls in concave portions with adhesive force, and may involve arranging conductive balls by placing them in an elastic member stamp and rubbing them against the patterned mold.
  • the elastic member may serve to hold the conductive ball, and more specifically, may directly contact the conductive ball and perform the role of rubbing on the concave pattern formed in the mold.
  • the elastic members include polydimethylsiloxane (PDMS), polyurethane acrylate (PUA), polymethyl methacrylate (PMMA), polybutadiene (PB), polyurethane (PU), styrenebutadiene rubber (SBR), polyvinylidene fluoride (PVDF), and poly(vinylidene fluoride (PVDF-TrFE)).
  • the elastic member may place the conductive ball in a concave portion of the patterned mold by reciprocating a predetermined distance in one direction of the patterned mold once or multiple times.
  • the conductive ball may be adhered by adhesive force formed in the concave portion.
  • the adhesive force is preferably between 1 nN and 70 nN; 1 nN to 50 nN; 1 nN to 30 nN; 1 nN to 10 nN; 10 nN to 90 nN; 10 nN to 70 nN; 10 nN to 50 nN; 10 nN to 30 nN; 30 nN to 90 nN; 30 nN to 70 nN; 30 nN to 50 nN; 50 nN to 90 nN; Or it may be 50 nN to 70 nN.
  • the adhesive force is less than 1 nN, the adhesive force is weak and the conductive balls cannot adhere and easily fly away, or the conductive balls are not properly aligned, which may make it difficult to produce a highly aligned anisotropic conductive film. If it is more than 90 nN, the stretchable substrate must be removed. When releasing, there may be a problem that the conductive balls are inserted into the stretchable substrate and remain in the mold instead of being transferred to the film.
  • arranging the challenge ball may further include the step of blowing air afterwards.
  • the mold in which the conductive balls are disposed may have conductive balls in hard gels in addition to soft gels with concave patterns. To remove conductive balls not placed on the pattern, conductive balls not placed on the pattern can be blown by air blowing. The conductive ball formed in the concave portion may not fly away even when air blowing is performed due to adhesive force.
  • the step of coating the stretchable substrate on the mold where the conductive balls are placed may involve exposing the conductive balls and coating the stretchable substrate.
  • the coating may be adjusted so that the coated stretchable substrate does not completely cover the conductive ball.
  • the coating may include at least one selected from the group consisting of spray coating, spin coating, dip coating, screen coating, knife coating, kiss coating, gravure coating, bar coating, screen printing, and spray-mist spray coating. , preferably spin coating.
  • the stretchable substrate may be coated in a solution diluted in a solvent. If the concentration of the solution is too thick or the coating speed is too slow, it may be difficult to form conductivity with the target member because the conductive ball is completely covered and the surface of the conductive ball is not exposed. If the concentration is too light or the coating speed is too fast, it may be difficult to form conductivity with the target member. Since the stretchable substrate coating may become too thin and the target member and the adhesive portion may not properly contact each other, coating must be performed taking concentration and speed into consideration.
  • the solvent may be removed by heat treatment at a temperature of 50°C to 80°C for 1 to 10 minutes.
  • the step of removing the mold is to peel off the stretchable substrate, and the stretchable substrate may be aligned by inserting the conductive ball.
  • the stretchable substrate is coated with the conductive balls inserted into the stretchable substrate in an aligned form, and the stretchable anisotropic conductive film can be manufactured by peeling off the mold.
  • a fine-pitch stretchable anisotropic conductive film of 20 ⁇ m or less can be manufactured through a low-temperature, low-pressure process by manufacturing a patterned mold, placing a conductive ball on it, coating the stretchable substrate, and then removing it.
  • the silicon wafer was treated with TMSPMA (3-(Trimethoxysilyl)propyl methacrylate).
  • TMSPMA Trimethoxysilylpropyl methacrylate
  • the silicon wafer was subjected to oxygen plasma treatment (200 W, 2 min) to form hydroxyl groups on the surface, then immersed in TMSPMA solution diluted in ethanol (3 wt% in EtOH) at 60°C for 1 hour, taken out, and ethanol-treated. It was rinsed and dried with an air blow.
  • the photomask was removed from the PEG-DA layer, and the uncured liquid PEG-DA in the area where the chrome pattern was was was washed with toluene while spin-coating (30 seconds, 2000 rpm) to remove it. Then, heat treatment (60°C, 5 minutes) was performed to remove the remaining toluene, and in the case of the formed concave pattern, there was adhesion due to the viscoelastic polymer at the uncured PEG-DA interface.
  • Figure 5 is an SEM image of a patterned mold according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 5, a cross section of the patterned mold can be seen in which the uncured portion after UV irradiation has a concave shape, and the conductive ball can adhere to the concave pattern.
  • Conductive balls (20, 10, 5, 2.5 ⁇ m) that match the size of the formed pattern are buried in the PDMS stamp and rubbed on the PEG-DA layer with the concave pattern to arrange the conductive balls. Then, the conductive balls that are not in the pattern are blown away with air. got rid of it Thanks to the adhesiveness of the concave pattern, the challenge balls in the pattern do not fly away even in strong winds. Then, in order not to cover the entire conductive ball, a SEBS-g-MA solution diluted in toluene of an appropriate concentration was spin-coated to form a film only in the center of the conductive ball. The remaining toluene was removed by heat treatment (60°C, 5 minutes).
  • Figure 6 is (a) an OM image of a mold in which conductive balls are placed and (b) an SEM image of a cross section of a stretchable anisotropic conductive film according to an embodiment of the present invention. Referring to (a) of Figure 6, it can be seen that the conductive ball is well adhered to the mold in a certain pattern, and referring to (b) of Figure 6, the conductive ball is inserted into the stretchable substrate. It can be confirmed that the conductive film was manufactured.
  • the stretchable anisotropic conductive film of the example was transferred between two electrode circuits and heat-compressed (0.1 MPa) at 80° C. for 10 minutes to be used as an electrical interface.
  • the electrode circuit was formed with five lines numbered 1 to 5. IV measurements were conducted to test performance.
  • an electrode circuit was formed by Au sputtering (20 mA, 300s DC magnetron sputter) on a PET substrate using a metal mask. After heat-compressing the stretchable anisotropic conductive film of the example between two electrode circuits, lightly apply liquid metal to the end of the lower electrode, lightly apply liquid metal to the end of the upper electrode, attach conductive tape, and then lightly apply liquid metal to the end again. gave. Then, an IV tip was contacted to each end. For IV measurement conditions, 1 mA was set as compliance and the current value was measured by applying from 0 to 2 V.
  • Figure 7 is a graph showing the IV measurement results of an electronic device to which a stretchable anisotropic conductive film according to an embodiment of the present invention is applied. Referring to FIG. 7, in the case of the same lines such as 1-1, 2-2, 3-3, 4-4, and 5-5, ohmic curves were shown, whereas when measured by contacting different lines, , it was confirmed that no current was flowing.

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Abstract

본 발명은 도전볼을 포함하는 연신성 이방 전도성 필름 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 연신성 이방 전도성 필름은, 연신성 기재; 및 상기 연신성 기재 내 삽입되어 정렬된 도전볼;을 포함한다.

Description

도전볼을 포함하는 연신성 이방 전도성 필름 및 이의 제조방법
본 발명은 도전볼을 포함하는 연신성 이방 전도성 필름 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
최근 연신성 전극 및 소자 구조의 발전으로 연신성 전자기기는 고해상도 집적 회로로 진화하고 있다. 기존 전자기기에서 사용하는 전기적 인터페이스를 연신성 소자 간의 인터페이스로 적용하기에는 박리, 균열 등의 문제가 발생한다. 이를 해결하기 위해 두께 방향으로 전기 전도도를 가지는 ACF(Anisotropic conductive film, 이방 전도성 필름) 관련 연구들이 진행되고 있다.
연신성 소자 간의 안정적인 인터페이스를 형성하고 기술적 결함을 피하기 위해서는 ACF의 접착층에 높은 인성(Toughness)과 안정적인 접착력이 필요하지만, 종래의 ACF의 접착층은 충분한 인성 또는 접착력을 가지고 있지 않다. 또한 전도성을 담당하는 입자들이 접착층 내에 불규칙하게 배열되어 있어서 미세한 간격과 너비를 가지는 회로 간의 고해상도 전기적 인터페이스를 형성하는데 어려움이 있으며 소자간의 결합을 형성하기 위해 높은 압력, 온도 및 시간이 필요한 상황이다. 따라서, 이러한 문제를 해결하며 연신성과 전도성이 모두 우수한 ACF의 개발이 필요한 실정이다.
전술한 배경기술은 발명자가 본원의 개시 내용을 도출하는 과정에서 보유하거나 습득한 것으로서, 반드시 본 출원 전에 일반 공중에 공개된 공지기술이라고 할 수는 없다.
본 발명은 상술한 문제를 해결하기 위해, 저온 저압에서 빠르고 간단하게 제작된 연신성 이방 전도성 필름 및 이의 제조방법을 제공하고자 한다.
그러나, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 해당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 연신성 이방 전도성 필름은, 연신성 기재; 및 상기 연신성 기재 내 삽입되어 정렬된 도전볼;을 포함한다.
일 실시예에 따르면, 상기 연신성 기재는, 스티렌-에틸렌-부틸렌-스티렌(SEBS), 스티렌-이소프렌-스티렌(SIS), 스티렌-부타디엔-스티렌(SBS), 폴리우레탄(PU) 계 고무 및 폴리올레핀(PO) 계 고무로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나의 열가소성 고무를 포함하는 무수말레인산이 그래프트된 열가소성 고무를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 도전볼은, PS(Polystyrene), PU(Polyurethane) PE(Polyethylene), PP(Polypropylene), PB(Polybutylene), 나일론(Nylon) 및 스티렌-디비닐 벤젠(Styrene-divinyl benzene)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나의 입자를 포함하는 것이고, 상기 입자는, 금(Au), 니켈(Ni), 은(Ag), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 팔라듐(Pd), 크로뮴(Cr), 티타늄(Ti), 주석(Sn) 및 몰리브덴(Mo)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나로 코팅된 것일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 도전볼의 직경은 1 ㎛ 내지 100 ㎛인 것이고, 상기 도전볼 간 간격은 1 ㎛ 내지 100 ㎛인 것이고, 피치는 2 ㎛ 내지 200 ㎛인 것이고, 상기 도전볼의 직경 및 상기 도전볼 간 간격은 2 : 1 내지 1 : 2인 것일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 연신성 기재의 두께는 상기 도전볼의 직경의 40 % 내지 70 %인 것일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 연신성 기재는, 물성이 전체가 일정한 것이고, 상기 도전볼은, 상기 연신성 이방 전도성 필름 양면이 통전되도록 상기 연신성 이방 전도성 필름면에 수직방향으로 삽입 정렬된 것이고, 외부 표면의 30 % 내지 60 %가 상기 연신성 기재의 외부로 노출되어 있는 것일 수 있다.
본 발명에 따른 연신성 이방 전도성 필름의 제조방법은, 오목부를 포함하는 패턴으로 패터닝된 몰드를 제조하는 단계; 상기 몰드에 도전볼을 배치하는 단계; 상기 도전볼이 배치된 몰드에 연신성 기재를 코팅하는 단계; 및 상기 몰드를 제거하는 단계;를 포함한다.
일 실시예에 따르면, 상기 몰드를 제조하는 단계는, 포토리소그래피, 나노임프린트, 소프트리소그래피, 블록공중합체 리소그래피 또는 캐필러리 리소그래피 공정으로 수행되는 것일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 몰드를 제조하는 단계는, UV 경화성 폴리머를 준비하는 단계; 상기 UV 경화성 폴리머 상에 포토마스크를 위치시키고, UV를 조사하여 패터닝하는 단계; 및 상기 패터닝된 UV 경화성 폴리머를 워싱하여 패터닝된 몰드를 획득하는 단계;를 포함하고, 상기 UV 경화성 폴리머는, PEG-DA(Polyethylene glycol diacrylate), 에폭시 아크릴레이트(Epoxy acrylate), 폴리에스터 아크릴레이트(Polyester acrylate), 폴리우레탄 아크릴레이트(Polyurethane arylate) 및 실리콘 아크릴레이트(Silicone acrylate)로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 UV를 조사하여 패터닝하는 단계는, 상기 UV 경화성 폴리머가 경화된 하드 겔 및 경화되지 않은 소프트 겔로 패터닝 되는 것이고, 상기 소프트 겔은 상기 오목부를 형성하는 것이고, 상기 오목부의 깊이는 상기 도전볼의 직경의 10 % 내지 30 %인 것일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 UV를 조사하여 패터닝하는 단계는, UV를 1 초 내지 10 초 동안 조사하는 것이고, 상기 UV 경화성 폴리머와 UV 광원 사이의 거리는 8 cm 내지 16 cm인 것이고, UV 세기는 2 mW/cm2 내지 20 mW/cm2인 것일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 도전볼을 배치하는 단계는, 상기 몰드에 상기 도전볼을 러빙하는 것이고, 상기 오목부에 상기 도전볼이 점착되는 것이고, 상기 오목부의 점착력은 1 nN 내지 90 nN인 것일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 도전볼을 배치하는 단계; 이후에 에어 블로잉하는 단계;를 더 포함하는 것일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 몰드를 제거하는 단계는, 상기 연신성 기재를 떼어내는(Peel off) 것이고, 상기 연신성 기재는 상기 도전볼이 삽입되어 정렬된 것일 수 있다.
본 발명은 저온 저압에서 빠르고 간단하게 제작된 연신성 이방 전도성 필름 및 이의 제조방법을 제공할 수 있다.
구체적으로, 본 발명에 따른 연신성 이방 전도성 필름의 제조방법은, 높은 온도 및 압력과 같은 열압착 과정이 필요 없는 빠르고 간단한 연신성 이방 전도성 필름 제조방법을 제공할 수 있다. 또한, 원하는 패턴의 크기와 간격을 설정하여 다양한 형태로 입자 배열이 가능하고, 다양한 크기의 도전볼을 새로운 몰드 설계 없이 연신성 이방 전도성 필름 제조에 사용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연신성 이방 전도성 필름의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연신성 이방 전도성 필름의 제조방법의 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 연신성 이방 전도성 필름의 제조방법의 몰드를 제조하는 단계의 개략도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 연신성 이방 전도성 필름의 제조방법의 도전볼을 배치하는 단계 및 연신성 기재를 코팅하는 단계의 개략도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 패터닝된 몰드의 SEM 이미지이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 (a) 도전볼이 배치된 몰드의 OM 이미지 및 (b) 연신성 이방 전도성 필름 단면의 SEM 이미지이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 연신성 이방 전도성 필름이 적용된 전자소자의 IV 측정 결과를 나타낸 그래프이다.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. 그러나, 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있어서 특허출원의 권리 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 실시예들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물이 권리 범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.
실시예에서 사용한 용어는 단지 설명을 목적으로 사용된 것으로, 한정하려는 의도로 해석되어서는 안된다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
어느 하나의 실시예에 포함된 구성요소와, 공통적인 기능을 포함하는 구성요소는, 다른 실시예에서 동일한 명칭을 사용하여 설명하기로 한다. 반대되는 기재가 없는 이상, 어느 하나의 실시예에 기재한 설명은 다른 실시예에도 적용될 수 있으며, 중복되는 범위에서 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
이하, 본 발명의 연신성 이방 전도성 필름 및 이의 제조방법에 대하여 실시예 및 도면을 참조하여 구체적으로 설명하도록 한다. 그러나, 본 발명이 이러한 실시예 및 도면에 제한되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 연신성 이방 전도성 필름은, 연신성 기재; 및 상기 연신성 기재 내 삽입되어 정렬된 도전볼;을 포함한다.
본 발명에 따른 연신성 이방 전도성 필름(S-ACF)은, 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 도전볼을 포함하여 균일하고 일정한 전도성을 유지할 수 있고, 도전볼이 배열되는 영역을 자유롭게 제어할 수 있어 다양한 분야에 활용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연신성 이방 전도성 필름의 개략도이다. 도 1을 참조하면, 도전볼(10)은 연신성 기재(20) 내 삽입되어 정렬될 수 있으며, 도전볼(10)이 노출되어 있는 부분을 통해 수직 방향으로 전류가 흐르고 비전도성인 연신성 기재(20)에 의해 수평 방향으로는 전류가 흐를 수 없는 수직적 전도 경로의 연신성 이방 전도성 필름(100)을 제공할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 연신성 기재는, 스티렌-에틸렌-부틸렌-스티렌(SEBS), 스티렌-이소프렌-스티렌(SIS), 스티렌-부타디엔-스티렌(SBS), 폴리우레탄(PU) 계 고무 및 폴리올레핀(PO) 계 고무로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나의 열가소성 고무를 포함하는 무수말레인산이 그래프트된 열가소성 고무를 포함하는 것일 수 있다.
상기 연신성 기재는 신축성이 우수하고 연신율이 높으며, 전도성은 낮아 원하는 위치에서만 전기가 흐를 수 있도록 연신성 이방 전도성 필름을 형성할 수 있다.
무수말레인산이 그래프트된 열가소성 고무는 유연성 및 신축성이 우수하여 상기 연신성 기재의 소재로 적합할 수 있다. 상기 무수말레인산이 그래프트된 열가소성 고무는 타겟 기판 등 다른 부재와 화학결합을 형성하여 저온, 저압에서도 안정적인 접착을 형성할 수 있다. 상기 열가소성 고무는, 바람직하게는, 스티렌-에틸렌-부틸렌-스티렌일 수 있으나 상기 열거한 것으로 제한되지는 않는다.
상기 무수말레인산은, 상기 열가소성 고무 중 1 중량% 이상일 수 있다. 상기 범위 내의 함량으로 무수말레인산을 포함하는 경우 접착 면적 대비 충분한 수의 결합 형성 사이트를 제공하는 효과가 있을 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 도전볼은, PS(Polystyrene), PU(Polyurethane) PE(Polyethylene), PP(Polypropylene), PB(Polybutylene), 나일론(Nylon) 및 스티렌-디비닐 벤젠(Styrene-divinyl benzene)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나의 입자를 포함하는 것이고, 상기 입자는, 금(Au), 니켈(Ni), 은(Ag), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 팔라듐(Pd), 크로뮴(Cr), 티타늄(Ti), 주석(Sn) 및 몰리브덴(Mo)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나로 코팅된 것일 수 있다.
상기 도전볼은 적어도 표면이 전도성을 띠어 영역 선택적으로 전도성을 갖는 연신성 이방 전도성 필름을 형성할 수 있다. 상기 도전볼은 상기 연신성 기재에 삽입되어 정렬된 것이다. 즉, 상기 도전볼은 상기 연신성 기재에 박혀 있는 형태일 수 있으며, 규칙적으로 배열되어 정렬된 것일 수 있다.
상기 “정렬”이란, 다수의 도전볼이 동일한 간격 또는 특정한 규칙성을 가지는 간격으로 배열되어 있는 것을 의미할 수 있다. 즉, 어떤 하나의 도전볼이 연신성 기재에 삽입되어 있다고 할 때, 다른 도전볼이 소정의 간격을 두고 위치할 수 있으며, 또 다른 도전볼도 상기 다른 도전볼과 소정의 간격을 두고 위치할 수 있다. 상기 도전볼은 격자형, 허니콤형, 선형 및 사각형 중 어느 한 배치 형태로 정렬된 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않으며 필요에 따라 다양한 형태로 배치될 수 있다.
상기 도전볼은 전체가 금속 입자이거나, 표면이 금속 소재로 코팅된 입자인 것으로, 구 형상인 것이 바람직할 수 있다. 바람직하게는, 상기 도전볼은 절연성 폴리머를 포함하는 코어; 및 금속을 포함하는 쉘;을 포함하는 코어-쉘 구조인 것일 수 있다. 상기 코어-쉘 구조의 경우, 균일한 크기의 도전볼을 연신성 이방 전도성 필름에 활용할 수 있으며, 연신성 이방 전도성 필름의 무게를 감소시킬 수 있어 장치의 경량화를 도모할 수 있고, 생산 비용 절감의 효과가 있을 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 도전볼의 직경은 1 ㎛ 내지 100 ㎛인 것이고, 상기 도전볼 간 간격은 1 ㎛ 내지 100 ㎛인 것이고, 피치는 2 ㎛ 내지 200 ㎛인 것이고, 상기 도전볼의 직경 및 상기 도전볼 간 간격은 2 : 1 내지 1 : 2인 것일 수 있다.
상기 도전볼의 직경은, 바람직하게는, 1 ㎛ 내지 80 ㎛; 1 ㎛ 내지 60 ㎛; 1 ㎛ 내지 40 ㎛; 1 ㎛ 내지 20 ㎛; 2 ㎛ 내지 80 ㎛; 2 ㎛ 내지 60 ㎛; 2 ㎛ 내지 40 ㎛; 2 ㎛ 내지 20 ㎛; 5 ㎛ 내지 80 ㎛; 5 ㎛ 내지 60 ㎛; 5 ㎛ 내지 40 ㎛; 또는 5 ㎛ 내지 20 ㎛;인 것일 수 있다.
상기 도전볼의 직경이 1 ㎛ 미만인 경우 도전볼을 연신성 기재 내 배열하기 위하여 러빙(rubbing)할 때 도전볼이 롤링(rolling)되지 않고 그대로 있는 채로 쓸리는 현상이 발생하여 입자 배열(particle assembly)을 형성하기 어려운 문제가 있을 수 있고, 100 ㎛ 초과인 경우 해상도의 문제가 있을 수 있다.
개별적인 도전볼 각각은 직경이 동일할 수 있다. 동일한 직경을 갖는 도전볼을 사용하는 경우, 연신성 이방 전도성 필름의 높이 방향으로의 단차가 없어 이방성 전도를 위한 별도의 범퍼 층이 필요하지 않을 수 있다.
상기 도전볼 간 간격은 하나의 도전볼의 끝과 다른 도전볼의 끝 사이의 가장 가까운 거리를 나타내는 것일 수 있다. 상기 도전볼 간 간격은, 바람직하게는, 1 ㎛ 내지 80 ㎛; 1 ㎛ 내지 60 ㎛; 1 ㎛ 내지 40 ㎛; 1 ㎛ 내지 20 ㎛; 2 ㎛ 내지 80 ㎛; 2 ㎛ 내지 60 ㎛; 2 ㎛ 내지 40 ㎛; 2 ㎛ 내지 20 ㎛; 5 ㎛ 내지 80 ㎛; 5 ㎛ 내지 60 ㎛; 5 ㎛ 내지 40 ㎛; 또는 5 ㎛ 내지 20 ㎛;인 것일 수 있다.
상기 도전볼의 피치는 하나의 도전볼의 중심으로부터 다른 도전볼의 중심 까지의 거리를 나타내는 것일 수 있다. 상기 도전볼의 피치는, 바람직하게는, 2 ㎛ 내지 160 ㎛; 2 ㎛ 내지 120 ㎛; 2 ㎛ 내지 80 ㎛; 2 ㎛ 내지 40 ㎛; 4 ㎛ 내지 160 ㎛; 4 ㎛ 내지 120 ㎛; 4 ㎛ 내지 80 ㎛; 4 ㎛ 내지 40 ㎛; 10 ㎛ 내지 160 ㎛; 10 ㎛ 내지 120 ㎛; 10 ㎛ 내지 80 ㎛; 또는 10 ㎛ 내지 40 ㎛;인 것일 수 있으며, 미세피치의 연신성 이방 전도성 필름을 제공할 수 있다.
상기 도전볼의 간격 및 피치가 상기 범위 미만일 경우 배열이 제대로 형성되지 않는 문제가 있을 수 있다. 도전볼의 간격이 좁아질수록 러빙 과정 시 도전볼 간 정전기적 인력 등의 컨택 현상이 발생하여 크로스톡(cross-talk)이 야기될 수 있으며 도전볼이 빽빽하게 배열되어 원하는 패턴으로 배열하기 어려울 수 있다. 상기 범위 내의 간격 및 피치로 도전볼이 정렬된 경우, 입자 직경 단위의 규칙적인 배열로 인해, 연신성 이방 전도성 필름의 전 면적 내에서 전도성 및 분해능과 같은 성능이 일정할 수 있고, 이에 따라 전극 접속(interconnection)의 정확한 설계가 가능할 수 있다. 상기 도전볼의 간격 및 피치는 배치 형태, 도전볼의 직경 및 연신성 이방 전도성 필름의 활용 분야에 따라 조절될 수 있다.
상기 도전볼의 직경 및 상기 도전볼 간 간격은, 바람직하게는, 2 :1 내지 2 : 3; 2 : 1 내지 1 : 1; 2 : 1 내지 3 :2; 3 : 2 내지 1 : 1; 3 : 2 내지 2 : 3; 3 : 2 내지 1 : 2; 1 : 1 내지 2 : 3; 1 : 1 내지 1 : 2; 또는 2 : 3 내지 1 : 2인 것일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 연신성 기재의 두께는 상기 도전볼의 직경의 40 % 내지 70 %인 것일 수 있다.
상기 연신성 기재의 두께가 도전볼의 직경의 40 % 미만인 경우 도전볼의 배열이 제대로 형성되지 않는 문제 또는 연신성 기재의 두께가 얇아서 전극 기판 표면과의 접착이 제대로 이루어지지 못 하는 문제가 있을 수 있고, 70 % 초과인 경우 연신성 기재가 도전볼의 표면을 덮어버려 도전볼이 노출되지 않아 통전에 문제가 있을 수 있다.
상기 연신성 기재의 두께 비율이 상기 범위 내로 형성될 경우 도전볼의 일부가 연신성 기재의 표면으로부터 노출되어 있으며, 연신성 이방 전도성 필름을 타겟 기판 등 다른 부재와 압착하였을 때 높은 전도성을 갖을 수 있다.
상기 연신성 기재의 두께는 1 ㎛ 내지 50 ㎛일 수 있으나, 상기 범위 내로 제한되지는 않는다.
일 실시예에 따르면, 상기 연신성 기재는, 물성이 전체가 일정한 것이고, 상기 도전볼은, 상기 연신성 이방 전도성 필름 양면이 통전되도록 상기 연신성 이방 전도성 필름면에 수직방향으로 삽입 정렬된 것이고, 외부 표면의 30 % 내지 60 %가 상기 연신성 기재의 외부로 노출되어 있는 것일 수 있다.
종래의 연신성 이방 전도성 필름은 열압착(hot press)을 통해 도전볼이 외부로 노출되어 타겟 기판 등 다른 부재와 접촉하여 전도성을 형성하였다. 열압착 과정을 거친 연신성 이방 전도성 필름의 연신성 기재는 도전볼과 밀착하여 도전볼이 외부로 노출되면서 밀리는 현상이 발생하고 이로 인해 위치에 따라 물성에 차이가 발생하고 전체적으로 균일하지 않을 수 있으며, 열압착 전 연신성 기재에서 변형이 있을 수 있다. 여기서, 물성은 연신율, 인성 등을 의미하는 것일 수 있다. 반면에, 본 발명에 따른 연신성 이방 전도성 필름은 열압착 과정 없이 도전볼에 연신성 기재를 코팅하여 형성된 것이므로 연신성 기재의 변형이 발생하지 않아 연신성 기재 내에 삽입된 도전볼 위치에 상관없이 연신성 기재의 전체적인 부분의 물성이 일정한 것일 수 있다.
상기 연신성 이방 전도성 필름은 수직방향으로 삽입된 도전볼을 통해 통전되는 수직적 전도 경로(path)를 형성할 수 있다. 상기 도전볼은 연신성 기재의 상부 및 하부 표면의 외부로 노출되어 있다. 상기 도전볼이 연신성 기재의 상부 및 하부 표면의 외부로 노출되어 있는 경우, 연신성 이방 전도성 필름의 일면에서 접하는 부재로부터 흐르는 전류를 연신성 이방 전도성 필름의 타면에 접하는 다른 부재로 흐르도록 할 수 있다.
상기 노출된 외부 표면은 도전볼이 노출된 윗면과 아랫면을 모두 포함하는 것일 수 있다. 바람직하게는, 상기 도전볼은 외부 표면의 30 % 내지 50 %; 30 % 내지 40 %; 40 % 내지 60 %; 40 % 내지 50 %; 또는 50 % 내지 60 %;가 연신성 기재의 윗면과 아랫면 외부로 노출되어 있는 것일 수 있다. 상기 언급된 범위 내로 도전볼의 외부 표면이 노출되어 있는 경우, 연신성 이방 전도성 필름의 단차는 최소화하면서도 접속 저항은 낮아 전도성을 우수하게 확보할 수 있다.
본 발명에 따른 연신성 이방 전도성 필름은 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 이방 전도성 필름의 신축성이 우수할 수 있고, 물리적 자극이 있는 경우에도 전도성이 저하되지 않아 전도안정성이 우수할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 연신성 이방 전도성 필름은 200 %의 연신율로 연신하였을 때의 응력이 10 MPa 이하일 수도 있다.
본 발명에 따른 연신성 이방 전도성 필름의 제조방법은, 오목부를 포함하는 패턴으로 패터닝된 몰드를 제조하는 단계; 상기 몰드에 도전볼을 배치하는 단계; 상기 도전볼이 배치된 몰드에 연신성 기재를 코팅하는 단계; 및 상기 몰드를 제거하는 단계;를 포함한다.
본 발명에 따른 연신성 이방 전도성 필름의 제조방법은, 저온 및 저압에서 빠르고 간단하게 신축성 및 전도성이 우수한 미세피치의 연신성 이방 전도성 필름을 제공할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연신성 이방 전도성 필름의 제조방법의 개략도이다. 도 2를 참조하면, 오목부를 포함하는 패턴으로 패터닝된 몰드(30)를 제조한 후 패터닝된 몰드(30) 상에 도전볼(10)을 배치할 수 있다. 도전볼(10)이 배치된 패터닝된 몰드(30) 상에 연신성 기재(20)를 코팅하여 연신성 기재(20) 상에 삽입된 도전볼(10)을 획득할 수 있으며, 이를 떼어내어(peel off) 패터닝된 몰드(30)를 제거하고 연신성 이방 전도성 필름을 제조할 수 있다.
종래의 연신성 이방 전도성 필름의 제조방법은 열압착하는 방법을 사용하는 반면, 본 발명에 따른 연신성 이방 전도성 필름의 제조방법은 몰드 상에 도전볼을 배치한 후 연신성 기재를 코팅하는 방법을 통해 저온 저압 조건에서 간단하게 미세 피치의 연신성 이방 전도성 필름을 제조할 수 있다.
여기서, 도전볼 및 연신성 기재에 대한 특징은, 앞서 설명된 것과 동일하므로, 이하 기재를 생략한다.
일 실시예에 따르면, 상기 몰드를 제조하는 단계는, 포토리소그래피, 나노임프린트, 소프트리소그래피, 블록공중합체 리소그래피 또는 캐필러리 리소그래피 공정으로 수행되는 것일 수 있다.
몰드를 제조하는 단계가 수행되는 공정은 특별히 제한되지 않으나 바람직하게는 포토리소그래피 공정으로 수행되는 것일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 몰드를 제조하는 단계는, UV 경화성 폴리머를 준비하는 단계; 상기 UV 경화성 폴리머 상에 포토마스크를 위치시키고, UV를 조사하여 패터닝하는 단계; 및 상기 패터닝된 UV 경화성 폴리머를 워싱하여 패터닝된 몰드를 획득하는 단계;를 포함하고, 상기 UV 경화성 폴리머는, PEG-DA(Polyethylene glycol diacrylate), 에폭시 아크릴레이트(Epoxy acrylate), 폴리에스터 아크릴레이트(Polyester acrylate), 폴리우레탄 아크릴레이트(Polyurethane arylate) 및 실리콘 아크릴레이트(Silicone acrylate)로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 연신성 이방 전도성 필름의 제조방법의 몰드를 제조하는 단계의 개략도이다. 도 3을 참조하면, UV 경화성 폴리머(40)를 코팅하여 준비하고, 그 위에 포토마스크(50)를 위치시킨 후 UV를 조사하여 원하는 패턴으로 패터닝된 몰드(30)를 획득할 수 있다.
UV 경화성 폴리머를 준비하는 단계는 웨이퍼 상에 UV 경화성 폴리머를 코팅하는 것일 수 있다. 상기 웨이퍼는 특별히 제한되지 않으며 실리콘 웨이퍼, 유리, 금속 기판 중에서 선택된 것을 사용할 수 있다. 바람직하게는 실리콘 웨이퍼일 수 있다.
상기 웨이퍼는 UV 경화성 폴리머와 안정적인 결합 형성을 위해 화학적 표면 처리를 수행하는 것일 수 있다. 화학적 표면 처리를 통해 포토마스크를 UV 경화성 폴리머에서 떼어 낼 때 UV 경화성 폴리머가 웨이퍼에서 떼어지지 않을 수 있다. 상기 표면 처리는 1 분 내지 5 분 동안 100 W 내지 300 W에서 산소 플라즈마 처리 후 실란 화합물 용액을 처리하는 것일 수 있다. 상기 실란 화합물은 바람직하게는 TMSPMA(3-(Trimethoxysilyl)propyl methacrylate)인 것일 수 있다. 상기 실란 화합물 용액 처리는 30 분 내지 2 시간 동안 50 ℃ 내지 80℃ 온도에서 수행하는 것일 수 있다.
UV 경화성 폴리머를 준비하는 단계는 상기 표면 처리된 웨이퍼 상에 UV 경화성 폴리머와 광경화제를 혼합한 용액을 코팅하는 것일 수 있다. 상기 코팅은 스프레이 코팅, 스핀 코팅, 딥 코팅, 스크린 코팅, 나이프코팅, 키스코팅, 그라비아 코팅, 바 코팅, 스크린 프린팅 및 스프레이-미스트 분무코팅으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있으며, 바람직하게는 스핀 코팅인 것일 수 있다.
상기 포토마스크는 원 모양의 패턴이 다양한 형태로 정렬되는 것일 수 있다. 상기 패턴은 격자형, 허니콤형, 선형 및 사각형 중 어느 한 배치 형태로 정렬된 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않으며 필요에 따라 다양한 형태로 배치될 수 있다. 상기 포토마스크는 최종적으로 도전볼이 배열되는 원하는 형상의 패턴을 배치하여 패턴화할 수 있다.
상기 UV 경화성 폴리머는 상기 열거한 것으로 제한되지는 않으며, 연신성 기재와 접착력이 낮은 것이 바람직할 수 있다. UV 경화성 폴리머는 UV에 노출된 부분은 경화되고 UV에 노출되지 않은 부분은 경화되지 않는 것으로, UV 조사에 의하여 패터닝 될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 UV를 조사하여 패터닝하는 단계는, 상기 UV 경화성 폴리머가 경화된 하드 겔 및 경화되지 않은 소프트 겔로 패터닝 되는 것이고, 상기 소프트 겔은 상기 오목부를 형성하는 것이고, 상기 오목부의 깊이는 상기 도전볼의 직경의 10 % 내지 30 %인 것일 수 있다.
상기 UV 경화성 폴리머는 UV에 노출된 부분은 경화되어 하드 겔을 형성하는 반면, UV에 노출되지 않은 부분은 경화되지 않아 말랑한 소프트 겔을 형성하는 것일 수 있다. 포토마스크에 의해 원하는 패턴으로 경화시킬 수 있으며 패턴 모양의 형태가 오목(concave)한 것일 수 있다. 이는 경화된 UV 경화성 폴리머와 경화되지 않은 UV 경화성 폴리머 간의 굴절율 차이로 발생하는 것일 수 있다. 상기 오목한 패턴은 UV 경화성 폴리머 계면의 점탄성 중합체(Viscoelastic polymer)에 의해 점착력이 존재할 수 있다.
상기 오목부의 깊이가 도전볼의 직경의 10 % 미만인 경우 도전볼이 제대로 배열되지 않는 문제가 있을 수 있고, 30 % 초과인 경우 필름 형성 시 연신성 기재가 도전볼의 상부를 덮어버려 도전볼 상부가 오픈 되지 않거나 필름의 두께가 적절하지 않는 문제가 있을 수 있다. 오목부의 깊이 비율이 상기 범위 내로 형성될 경우 도전볼 표면이 적절하게 노출되어 연신성 및 전도성이 우수한 연신성 이방 전도성 필름을 제조할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 UV를 조사하여 패터닝하는 단계는, UV를 1 초 내지 10 초 동안 조사하는 것이고, 상기 UV 경화성 폴리머와 UV 광원 사이의 거리는 8 cm 내지 16 cm인 것이고, UV 세기는 2 mW/cm2 내지 20 mW/cm2인 것일 수 있다.
상기 UV 조사 시간은, 바람직하게는, 1 초 내지 8 초; 1 초 내지 6 초; 1 초 내지 4 초; 1초 내지 3초; 3초 내지 10 초; 3 초 내지 8 초; 3 초 내지 6 초; 3 초 내지 5 초; 4 초 내지 10 초; 4 초 내지 8 초; 또는 4 초 내지 6 초;인 것일 수 있다.
상기 UV 경화성 폴리머와 UV 광원 사이의 거리는, 바람직하게는, 8 cm 내지 14 cm; 8 cm 내지 12 cm; 8 cm 내지 10 cm; 10 cm 내지 16 cm; 10 cm 내지 14 cm; 10 cm 내지 12 cm; 12 cm 내지 16 cm; 또는 12 cm 내지 14 cm;인 것일 수 있다.
상기 UV 세기는, 바람직하게는, 2 mW/cm2 내지 18 mW/cm2; 2 mW/cm2 내지 14 mW/cm2; 2 mW/cm2 내지 10 mW/cm2; 2 mW/cm2 내지 6 mW/cm2; 4 mW/cm2 내지 20 mW/cm2; 4 mW/cm2 내지 18 mW/cm2; 6 mW/cm2 내지 14 mW/cm2; 6 mW/cm2 내지 10 mW/cm2; 8 mW/cm2 내지 20 mW/cm2; 8 mW/cm2 내지 18 mW/cm2; 8 mW/cm2 내지 14 mW/cm2; 도는 8 mW/cm2 내지 10 mW/cm2;인 것일 수 있다.
상기 조건으로 UV를 조사할 경우, UV 경화성 폴리머의 광반응이 원활하게 수행될 수 있으며, 도전볼이 원활하게 점착되고 도전볼의 표면이 연신성 기재에 노출될 수 있는 정도의 깊이의 오목부가 명확히 형성될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 도전볼을 배치하는 단계는, 상기 몰드에 상기 도전볼을 러빙하는 것이고, 상기 오목부에 상기 도전볼이 점착되는 것이고, 상기 오목부의 점착력은 1 nN 내지 90 nN인 것일 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 연신성 이방 전도성 필름의 제조방법의 도전볼을 배치하는 단계 및 연신성 기재를 코팅하는 단계의 개략도이다. 도 4를 참조하면, 패터닝된 몰드(30) 상에 도전볼(10)을 배치하기 위하여 탄성부재(60)를 사용하여 러빙하는 것일 수 있으며, 도전볼(10)이 배치된 몰드(30) 상에 연신성 기재(20)를 코팅하여 연신성 이방 전도성 필름을 형성할 수 있다.
상기 경화되지 않은 UV 경화성 폴리머에 의해 형성된 오목한 패턴은 UV 경화성 폴리머 계면의 점탄성 중합체(viscoelastic polymer)에 의해 점착력이 존재할 수 있다. 상기 러빙은 점착력이 있는 오목부에 도전볼을 배치하는 것으로 도전볼을 탄성부재 스탬프에 묻히고 상기 패터닝된 몰드에 문질러서 도전볼을 배열하는 것일 수 있다.
상기 탄성부재는 도전볼을 잡아주는 역할을 할 수 있으며, 더욱 구체적으로는 도전볼과 직접 접촉하며 몰드에 형성된 오목부 패턴 상에서 러빙(rubbing)하는 역할을 수행할 수 있다. 상기 탄성부재는 PDMS(polydimethylsiloxane), PUA(polyurethane acrylate), PMMA(polymethyl methacrylate), PB(polybutadiene), PU(polyurethane), SBR(styrenebutadiene rubber), PVDF(polyvinylidene fluoride), PVDF-TrFE(poly(vinylidenefluorideco-trifluoroethylene)), PS(polystyrene), SBS PEDGA(poly(ethylene glycol) diacrylate), SBS(ploy(styrene-butadiene-styrene)), SEBS(poly(styreneethylene-butylene-styrene)) 및 SIS(poly(styrene-isoprene-styrene))로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다. 상기 패터닝된 몰드의 일 방향으로 1 회 또는 복수회 소정 거리를 왕복시켜 상기 탄성부재가 도전볼을 패터닝된 몰드의 오목부에 배치시킬 수 있다.
상기 도전볼은 오목부에 형성된 점착력에 의해 점착되는 것일 수 있다. 상기 점착력은, 바람직하게는, 1 nN 내지 70 nN; 1 nN 내지 50 nN; 1 nN 내지 30 nN; 1 nN 내지 10 nN; 10 nN 내지 90 nN; 10 nN 내지 70 nN; 10 nN 내지 50 nN; 10 nN 내지 30 nN; 30 nN 내지 90 nN; 30 nN 내지 70 nN; 30 nN 내지 50 nN; 50 nN 내지 90 nN; 또는 50 nN 내지 70 nN;인 것일 수 있다. 상기 점착력이 1 nN 미만인 경우 점착력이 약해 도전볼이 점착되지 못하고 쉽게 날아가거나 도전볼 제대로 배열이 되지 않아 고배열 이방 전도성 필름 제작이 어려운 문제가 있을 수 있고, 90 nN 초과인 경우 연신성 기재를 떼어낼 때 도전볼이 연신성 기재에 삽입되어 필름으로 전사되는 것이 아닌 몰드에 잔류하는 문제가 있을 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 도전볼을 배치하는 단계; 이후에 에어 블로잉하는 단계;를 더 포함하는 것일 수 있다.
상기 도전볼이 배치된 몰드는 오목부 패턴의 소프트 겔 외에 하드 겔에도 도전볼이 존재할 수 있다. 패턴 위에 배치되지 않는 도전볼을 제거하기 위해 에어 블로잉(air blowing)하여 패턴에 배치되지 않은 도전볼을 날릴 수 있다. 오목부에 형성된 도전볼은 점착력에 의해 에어 블로잉을 수행하여도 날아가지 않을 수 있다.
상기 도전볼이 배치된 몰드에 연신성 기재를 코팅하는 단계는, 도전볼을 노출시키며 연신성 기재를 코팅하는 것일 수 있다. 즉, 코팅된 연신성 기재가 도전볼을 다 덮지 않도록 조절하여 코팅하는 것일 수 있다. 상기 코팅은 스프레이 코팅, 스핀 코팅, 딥 코팅, 스크린 코팅, 나이프코팅, 키스코팅, 그라비아 코팅, 바 코팅, 스크린 프린팅 및 스프레이-미스트 분무코팅으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있으며, 바람직하게는 스핀 코팅인 것일 수 있다.
상기 연신성 기재는 용매에 희석된 용액 상태로 코팅되는 것일 수 있다. 상기 용액의 농도가 너무 진하거나 코팅의 속도가 너무 느릴 경우 도전볼을 다 덮어 도전볼의 표면이 노출되지 않아 타겟 부재와 전도성을 형성하기 어려울 수 있으며, 농도가 너무 연하거나 코팅 속도가 너무 빠를 경우 연신성 기재 코팅이 너무 얇게 되어서 타겟 부재와 접착 부분이 제대로 컨택되지 않을 수 있으므로, 농도와 속도를 고려하여 코팅을 진행하여야 한다.
상기 용매는 1 분 내지 10 분 동안 50 ℃ 내지 80 ℃ 온도에서 열처리하여 제거하는 것일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 몰드를 제거하는 단계는, 상기 연신성 기재를 떼어내는(Peel off) 것이고, 상기 연신성 기재는 상기 도전볼이 삽입되어 정렬된 것일 수 있다.
상기 연신성 기재는 상기 도전볼이 연신성 기재 내 삽입되어 정렬된 형태로 코팅된 것이며 몰드에서 떼어내는(peel off) 방식으로 연신성 이방 전도성 필름을 제조할 수 있다.
종래의 공정은 도전볼을 노출하여 전도성을 부여하기 위하여 열압착(hot press) 공정을 수행하면서 미세피치 제작이 어렵고 고온, 고압 조건이 필요하였으나, 본 발명에 따른 연신성 이방 전도성 필름의 제조방법은 패터닝된 몰드를 제조한 후 그 위에 도전볼을 배치하여 연신성 기재를 코팅 후 떼어내는 방식을 이용함으로써 20 ㎛ 이하의 미세피치 연신성 이방 전도성 필름을 저온 저압 공정으로 제조할 수 있다.
이하, 실시예에 의하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다.
단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예
연신성 이방 전도성 필름 제조
(1) 실리콘 웨이퍼의 화학적 표면 처리
UV 경화성 폴리머인 PEG-DA(Poly(ethylene glycol) diacrylate)층과 실리콘 웨이퍼 간의 안정적인 결합 형성을 위하여 실리콘 웨이퍼에 TMSPMA(3-(Trimethoxysilyl)propyl methacrylate) 처리하였다. 실리콘 웨이퍼에 산소 플라즈마 처리(200 W, 2 min)를 하여 표면에 하이드록실기를 형성한 다음, 에탄올에 희석된 TMSPMA 용액(3 wt% in EtOH)에 1 시간 동안 60 ℃에 담그고 꺼낸 뒤, 에탄올로 린싱하고 에어블로우(air blow)로 말려주었다.
(2) UV 경화성 폴리머 패턴 형성
TMSPMA 처리가 된 실리콘 웨이퍼 위에 폴리머 주 재료인 PEG-DA와 그의 광경화제인 HOMPP(2-Hydroxy-2-methylpropiophenon)를 함께 섞은 용액(PEG-DA:HOMPP=9:1)을 스핀 코팅하였다(30 초, 1000 rpm). 그런 다음 패턴에 맞게 설계되어 있는 포토마스크를 올려놓고 UV 경화를 진행하였다. 포토마스크의 크롬 패턴으로 가려져 있는 PEG-DA 부분은 UV를 받지 못해서 경화가 되지 않고 투명한 부분은 UV를 받을 수 있어서 경화가 될 수 있다. PEG-DA 패턴 모양이 직각의 형태가 아닌 오목(concave)한 모양을 띄는데, 이는 경화된 PEG-DA와 경화되지 않은 PEG-DA 간의 굴절율 차이로 인해 발생되었다. 그런 다음 포토마스크를 PEG-DA 층에서 떼어낸 뒤 크롬 패턴이 있었던 부분의 경화가 되지 않은 액체 상태의 PEG-DA를 없애주기 위해 스핀 코팅(30 초, 2000 rpm)하면서 톨루엔으로 씻겨 없애주었다. 그런 다음 남아 있는 톨루앤을 없애기 위해 열처리(60 ℃, 5분)를 해주었으며, 형성된 오목한 패턴의 경우 경화되지 않은 PEG-DA 계면의 점탄성 고분자(viscoelastic polymer)에 의한 점착력이 존재하였다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 패터닝된 몰드의 SEM 이미지이다. 도 5를 참조하면, UV 조사 후 경화되지 않은 부분이 오목한 형태를 가지는 패터닝된 몰드의 단면을 확인할 수 있으며, 오목한 패턴에 도전볼이 점착할 수 있다.
(3) 도전볼 배열 및 연신성 기재 코팅
형성된 패턴의 크기에 맞는 도전볼(20, 10, 5, 2.5 ㎛)을 PDMS 스탬프에 묻히고 오목한 패턴이 있는 PEG-DA 층에 문질러서 도전볼을 배열시킨 다음 패턴에 있지 않은 도전볼은 에어 블로우로 날려서 없애주었다. 오목한 패턴의 점착력 덕분에 강한 바람에도 패턴에 있는 도전볼은 날라가지 않는다. 그런 다음 도전볼을 다 덮지 않기 위해 적절한 농도의 톨루엔에 희석된 SEBS-g-MA 용액을 스핀 코팅하여 도전볼 가운데로만 필름이 형성하게 하였다. 남아 있는 톨루엔을 열처리하여(60 ℃, 5분) 없애주었다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 (a) 도전볼이 배치된 몰드의 OM 이미지 및 (b) 연신성 이방 전도성 필름 단면의 SEM 이미지이다. 도 6의 (a)를 참조하면, 일정한 패턴으로 도전볼이 몰드 상에 잘 점착되어 있는 것을 확인할 수 있으며, 도 6의 (b)를 참조하면, 도전볼이 연신성 기재에 삽입된 연신성 이방 전도성 필름이 제조된 것을 확인할 수 있다.
실험예
실시예의 연신성 이방 전도성 필름을 두 개의 전극 회로 사이로 트랜스퍼하여 80 ℃에서 10분간 열압착(0.1 MPa)하여 전기적 인터페이스로 사용하였다. 전극 회로는 1 내지 5의 다섯개 라인으로 형성하였다. 성능 테스트를 위해 IV 측정을 실시하였다.
전극 회로의 경우 메탈마스크를 이용하여 PET 기판 위에 Au 스퍼터(20 mA, 300s DC magnetron sputter)를 하여 전극 회로를 형성하였다. 두 개의 전극 회로 사이에 실시예의 연신성 이방 전도성 필름을 열압착한 뒤 하부전극 끝쪽에는 액체금속을 살짝 발라주고, 상부전극 끝쪽에는 액체금속을 살짝 바르고 전도성 테이프를 붙인 다음 다시 끝에 액체금속을 살짝 발라주었다. 그런 다음 각각의 끝쪽에 IV tip을 컨택시켰다. IV 측정 조건의 경우, 1 mA를 컴플라이언스(compliance)로 잡고 0부터 2 V까지 인가하여 전류 값을 측정하였다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 연신성 이방 전도성 필름이 적용된 전자소자의 IV 측정 결과를 나타낸 그래프이다. 도 7을 참조하면, 1-1, 2-2, 3-3, 4-4, 5-5와 같이 같은 라인의 경우, 오믹(ohmic) 곡선을 보인 반면에 서로 다른 라인을 컨택하여 측정했을 경우, 전류가 흐르지 않는 것을 확인할 수 있었다.
이상과 같이 실시예들이 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 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 청구범위의 범위에 속한다.

Claims (14)

  1. 연신성 기재; 및
    상기 연신성 기재 내 삽입되어 정렬된 도전볼;을 포함하는,
    연신성 이방 전도성 필름.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 연신성 기재는, 스티렌-에틸렌-부틸렌-스티렌(SEBS), 스티렌-이소프렌-스티렌(SIS), 스티렌-부타디엔-스티렌(SBS), 폴리우레탄(PU) 계 고무 및 폴리올레핀(PO) 계 고무로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나의 열가소성 고무를 포함하는 무수말레인산이 그래프트된 열가소성 고무를 포함하는 것인,
    연신성 이방 전도성 필름.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 도전볼은, PS(Polystyrene), PU(Polyurethane) PE(Polyethylene), PP(Polypropylene), PB(Polybutylene), 나일론(Nylon) 및 스티렌-디비닐 벤젠(Styrene-divinyl benzene)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나의 입자를 포함하는 것이고,
    상기 입자는, 금(Au), 니켈(Ni), 은(Ag), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 팔라듐(Pd), 크로뮴(Cr), 티타늄(Ti), 주석(Sn) 및 몰리브덴(Mo)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나로 코팅된 것인,
    연신성 이방 전도성 필름.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 도전볼의 직경은 1 ㎛ 내지 100 ㎛인 것이고,
    상기 도전볼 간 간격은 1 ㎛ 내지 100 ㎛인 것이고,
    피치는 2 ㎛ 내지 200 ㎛인 것이고,
    상기 도전볼의 직경 및 상기 도전볼 간 간격은 2 : 1 내지 1 : 2인 것인,
    연신성 이방 전도성 필름.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 연신성 기재의 두께는 상기 도전볼의 직경의 40 % 내지 70 %인 것인,
    연신성 이방 전도성 필름.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 연신성 기재는, 물성이 전체가 일정한 것이고,
    상기 도전볼은, 상기 연신성 이방 전도성 필름 양면이 통전되도록 상기 연신성 이방 전도성 필름면에 수직방향으로 삽입 정렬된 것이고,
    외부 표면의 30 % 내지 60 %가 상기 연신성 기재의 외부로 노출되어 있는 것인,
    연신성 이방 전도성 필름.
  7. 오목부를 포함하는 패턴으로 패터닝된 몰드를 제조하는 단계;
    상기 몰드에 도전볼을 배치하는 단계;
    상기 도전볼이 배치된 몰드에 연신성 기재를 코팅하는 단계; 및
    상기 몰드를 제거하는 단계;를 포함하는,
    연신성 이방 전도성 필름의 제조방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 몰드를 제조하는 단계는, 포토리소그래피, 나노임프린트, 소프트리소그래피, 블록공중합체 리소그래피 또는 캐필러리 리소그래피 공정으로 수행되는 것인,
    연신성 이방 전도성 필름의 제조방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 몰드를 제조하는 단계는,
    UV 경화성 폴리머를 준비하는 단계;
    상기 UV 경화성 폴리머 상에 포토마스크를 위치시키고, UV를 조사하여 패터닝하는 단계; 및
    상기 패터닝된 UV 경화성 폴리머를 워싱하여 패터닝된 몰드를 획득하는 단계;를 포함하고,
    상기 UV 경화성 폴리머는, PEG-DA(Polyethylene glycol diacrylate), 에폭시 아크릴레이트(Epoxy acrylate), 폴리에스터 아크릴레이트(Polyester acrylate), 폴리우레탄 아크릴레이트(Polyurethane arylate) 및 실리콘 아크릴레이트(Silicone acrylate)로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것인,
    연신성 이방전도성 필름의 제조방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 UV를 조사하여 패터닝하는 단계는, 상기 UV 경화성 폴리머가 경화된 하드 겔 및 경화되지 않은 소프트 겔로 패터닝 되는 것이고,
    상기 소프트 겔은 상기 오목부를 형성하는 것이고,
    상기 오목부의 깊이는 상기 도전볼의 직경의 10 % 내지 30 %인 것인,
    연신성 이방전도성 필름의 제조방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 UV를 조사하여 패터닝하는 단계는, UV를 1 초 내지 10 초 동안 조사하는 것이고,
    상기 UV 경화성 폴리머와 UV 광원 사이의 거리는 8 cm 내지 16 cm인 것이고,
    UV 세기는 2 mW/cm2 내지 20 mW/cm2인 것인,
    연신성 이방전도성 필름의 제조방법.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 도전볼을 배치하는 단계는, 상기 몰드에 상기 도전볼을 러빙하는 것이고,
    상기 오목부에 상기 도전볼이 점착되는 것이고,
    상기 오목부의 점착력은 1 nN 내지 90 nN인 것인,
    연신성 이방전도성 필름의 제조방법.
  13. 제7항에 있어서,
    상기 도전볼을 배치하는 단계; 이후에 에어 블로잉하는 단계;를 더 포함하는 것인,
    연신성 이방전도성 필름의 제조방법.
  14. 제7항에 있어서,
    상기 몰드를 제거하는 단계는, 상기 연신성 기재를 떼어내는(Peel off) 것이고,
    상기 연신성 기재는 상기 도전볼이 삽입되어 정렬된 것인,
    연신성 이방전도성 필름의 제조방법.
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