KR100735211B1 - 접속 신뢰성이 우수한 도전 입자를 구비한 이방성 도전필름 - Google Patents

접속 신뢰성이 우수한 도전 입자를 구비한 이방성 도전필름 Download PDF

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박현준
조일래
정윤재
문혁수
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Abstract

본 발명에 따른 이방성 도전 필름은, 절연성 접착제를 기재로 하여 도전 입자가 분산되어 있는 이방성 도전 필름으로써, 절연성 접착제는 100℃에서의 저장 탄성율이 104 내지 106Pa 이고, 절연성 접착제 내에 분산된 도전 입자는 20% 변형시 탄성 응력이 900 내지 4600 MPa 인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면 전기적 접속 신뢰성이 향상된 이방성 도전 필름을 제조할 수 있다.
이방성 도전 필름, 도전 입자, 강도, 접촉 저항

Description

접속 신뢰성이 우수한 도전 입자를 구비한 이방성 도전 필름{Anisotropic conductive film with conductive ball of highly reliable electric connection}
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 통상의 이방성 도전 필름이 상호 대향하는 회로 전극을 구비한 피접속 부재 사이에 개재된 모습을 도시한 단면도.
도 2는 통상의 이방성 도전 필름에 의하여 전기적으로 접속된 회로 구조체의 접속예를 도시한 단면도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 이방성 도전 필름에 의하여 전기적으로 접속된 구조체를 도시한 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100..이방성 도전 필름 110..도전 입자 120..절연성 접착제
200, 300..피접속 부재 310..전극
본 발명은 미세 회로 기판의 전기적 접속에 이용되는 이방성 도전 필름(ACF;Anisotropic conductive film)에 관한 것이다. 보다 상세하게는 이방성 도전 필름의 도전 입자의 물성을 조절하여 전기적 접속 신뢰성을 향상시킬 수 있는 도전입자를 구비한 이방성 도전 필름에 관한 것이다.
일반적으로, 이방성 도전 필름은 피접속 부재의 재질이 특수하거나 신호배선의 피치가 세밀하여 부재와 부재를 솔더링(soldering)의 방식으로 부착할 수 없을 경우 사용하는 접속재료이다.
이러한 이방성 도전 필름은 대표적으로 LCD 모듈에서 LCD 패널, 인쇄회로기판(PCB), 드라이버 IC회로 등을 패키징하는 접속 재료로 사용된다.
일 예로, LCD 모듈에는 TFT(Thin Film Transistor)들을 구동하기 위해서 다수개의 드라이버 IC가 실장 된다. 드라이버 IC를 실장하는 방식은 크게, 별도의 구조물 없이 LCD 패널의 게이트 영역과 데이터 영역에 실장하는 방식인 COG(Chip on glass)마운팅 방식, 드라이버 IC를 탑재한 TCP(Tape carrier package)를 통해 LCD 패널의 게이트 영역과 데이터 영역에 간접적으로 드라이버 IC 를 실장하는 방식인 TAB(Tape Automated Bonding) 마운팅 방식으로 나뉜다.
그런데 드라이버 IC 소자 측의 전극과 LCD 패널 측의 전극은 미소한 피치 간격으로 형성되어 있기 때문에 어느 실장 방식을 채용한다 하더라도 납땜 등의 수단을 사용하는 것은 곤란하다. 이와 같은 이유로, 드라이버 IC 측의 전극과 패널 측의 전극을 전기적으로 접속하는 공정에서는 이방성 도전 필름이 주로 사용된다.
도 1을 참조하면, 통상의 이방성 도전 필름(30)은 절연성 접착제(40)에 도전 입자(50)를 분산시킨 것으로서, 피접속 부재(10, 20) 사이에 개재되어 소정의 온도와 압력으로 열 압착된다. 그러면 도 2에 도시된 바와 같이, 도전 입자(50)가 대향하는 전극(11, 21) 사이에 개재되어 이 전극들(11, 21)을 전기적으로 상호 연결하며, 이웃하는 전극들 사이에는 절연성을 유지시킨다. 즉, x-y 평면상으로는 절연성이 유지되고 z축으로는 도전성이 유지된다.
이때, 이방성 도전 필름의 높은 접속 신뢰성을 확보하기 위해서는 도전 입자(50)가 피접속 부재의 전극(11, 21) 사이에서 적당한 형태로 변형되어 도전 입자와 전극(11, 21) 간에 충분한 접촉 면적을 가져야한다.(도 2의 (a)참조)
만약, 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이, 도전 입자(50')가 전극(11, 21) 사이에 접속은 되어 있으나 충분히 가압 변형 되지 않으면 도전 입자(50')와 전극(11, 21) 간의 접촉 면적이 작아 전기적 접촉 저항이 큰 문제점이 있다. 또한, 도 2의 (c)에 도시된 바와 같이, 도전 입자(50")의 강도 자체가 너무 작으면 도전 입자(50")가 변형은 되었으나 전극(11, 12)과 완전히 접촉되지 않은 채, 절연성 접착제(40)가 경화되어 도전 입자와 전극 사이에 간극이 유발되는 문제점이 있다.
이러한 문제를 해결하여 전극간 높은 접속 신뢰성을 확보하기 위해 개시된 방법으로서, 대한민국 특허 제 2000-0048223에서는 도전 입자의 표면에 소정의 돌출부를 마련하여 가압시 도전 입자의 돌출부가 접속 전극의 산화막을 돌파함으로써 전극간에 확실한 접속이 이루어지게 하였다.
그러나 종래 방법은 도전 입자의 표면을 형성하는 공정이 번거로울뿐 아니라 효과적이고 실용적으로 전극간 접속 신뢰성을 확보하는데에는 한계점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 기술적 배경하에서 창안된 것으로서, 도전 입자의 물성을 조절하여 도전 입자가 피접속 부재의 전극 사이에서 충분히 가압 변형되고 신뢰성 있는 접속이 가능한 이방성 도전 필름을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 이방성 도전 필름은 절연성 접착제를 기재로 하여 도전 입자가 분산되어 있는 이방성 도전 필름으로서, 상기 절연성 접착제는 100℃에서의 저장 탄성율이 104 내지 106Pa 이고, 상기 절연성 접착제 내에 분산된 상기 도전 입자는, 20% 변형시 탄성 응력이 900 내지 4600MPa 인 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 도전 입자는, 20% 변형시 탄성 응력이 1200 내지 2000MPa 이다.
이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람 직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이방성 도전 필름과, 이를 이용하여 열 압착된 피접속 부재를 구비한 회로 접속 구조체의 구성을 개략적으로 도시한 단면도이다. 예컨대, 하부 피접속 부재(200)는 6000Å 두께의 은(Ag)층이 코팅된 유리기판이고, 상부 피접속 부재(300)는 전극간 피치가 60㎛ 인 연성회로기판이다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 이방성 도전 필름(100)은 절연성 접착제(120)와 도전 입자(110)를 포함한다.
상기 절연성 접착제(120)는, 접착성이 있는 전기 절연물질로 이루어져 피접속 부재(200, 300) 사이를 견고하게 접착 고정시킨다. 또한, 절연성 접착제(120)는 이방성 도전 필름(100)의 x-y 평면상으로 절연성을 유지시킨다. 즉, 절연성 접착제(120)는 인접하는 도전 입자(110)를 이격시켜 미세한 배선을 갖는 피접속 부재(200, 300)에서 인접하는 도전 입자(110)가 x-y 평면상으로 상호 접촉하여 도통이 일어나는 것을 방지한다.
이러한 절연성 접착제(120)는, 열경화성 수지 또는 열가소성 수지를 기본 수지로 하여 이에 첨가되는 경화제 및 경화 물질로 이루어진다.
상기 절연성 접착제(120)는, 동적 열 기계 분석기(DMTA;Dynamic Mechanical Thermal Analyzer)를 이용하여 유동성을 측정했을 때, 유동성이 가장 좋은 온도인 100℃에서 저장 탄성율(storage modulus)이 약 104 내지 106Pa인 특성을 갖는다.
도전 입자(110)는, 하부 피접속 부재(200)와, 상부 피접속 부재(300)에 형성된 전극(310)을 전기적으로 연결시킨다.
상기 도전 입자(110)는 중공을 구비한 구 형태의 쉘(111)과, 상기 쉘(111)의 내부에 충진된 금속 파우더로 이루어진 중심부(112)를 구비한다.
상기 쉘(111)은, 절연성을 갖는 폴리머 수지 예컨대, 폴리 에스테르, 폴리스티렌, 폴리비닐알콜, 나일론 또는 이들의 혼합물로 이루어지거나, 금 등의 금속으로 이루어질 수 있다. 쉘(111)의 구성 성분이 절연성을 가지면 인접하는 도전 입자(110)가 x-y 평면상에서 상호 접촉하여 도통이 일어나는 것을 효과적으로 방지할 수 있다. 이때, 상기 쉘(111)은 피접속 부재의 접속을 위한 열압착시, 열에 의해 녹아서 중심부(112)의 금속 파우더를 노출시킨다. 한편, 피복층(111)의 구성 성분이 도전성을 가지면 전극 사이를 전기적으로 접속시키는데 효율적이다.
상기 중심부(112)는 하부 피접속 부재(200)와, 상부 피접속 부재(300)의 전극(310)을 전기적으로 연결하여 도통시키는 역할을 한다. 중심부(112)는 쉘(111)의 내부에 충진된 금속 파우더로 이루어지고, 바람직하게 금속 파우더는 수 nm 내지 수 ㎛의 직경을 갖는 입자이다. 상기 금속 파우더로는 금, 은, 철, 구리, 니켈 또는 이들 중 선택된 어느 하나 이상의 금속이 채용될 수 있다.
한편, 이방성 도전 필름(100)이 피접속 부재(200, 300) 사이에 개재되어 열 압착될 때, 이방성 도전 필름(100) 내의 도전 입자(110)는 하부 피접속 부재(200) 와 상부 피접속 부재의 전극(310)에 의한 가압으로 그 형태가 변형된다. 이때, 변형된 도전 입자(110)의 형태는 도전 입자(110)의 강도에 따라 변화된다. 여기서, 도전 입자(110)의 강도는 중심부(112)를 구성하는 성분의 재질과 밀접하게 관련된다.
따라서, 도전 입자(110)의 중심부(112)를 구성하는 성분의 재질을 변화시켜 도전 입자(110)의 강도를 조절하는데, 도전 입자(110)의 강도는 구형인 도전 입자(110)를 20% 변형시, 도전 입자(110)의 탄성 응력이 900 내지 4600MPa 인 것이 바람직하다. 더 바람직하게, 20% 변형시, 도전 입자(110)의 탄성 응력은 1200 내지 2000MPa이다.
상기 도전 입자(110)는 미세한 전극 피치를 갖는 피접속 부재를 전기적으로 충분히 연결하기 위해 1 내지 15㎛ 의 직경을 갖는 것이 바람직하다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 피접속 부재의 특성에 따라 다양하게 변형될 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 보다 구체적인 실험예를 설명함으로써 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명이 하기 실험예에 한정되는 것은 아니며 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예들이 구현될 수 있다.
본 실험예에서는 이방성 도전 필름을 제조하는데 있어서, 절연성 접착제를 기본 수지로 하고, 상기 절연성 접착제 내에 강도가 다른 도전 입자를 분산시켰다.
[실험예 1]
폴리에스터, 페녹시수지, 폴리비닐부틸알 수지, NBR, SBR등의 고무, 폴리스 타이렌, 폴리아미드 수지 등을 혼합한 열가소성 수지 30~70 중량부에 한개 및 다수의 아크릴기를 갖는 모노머 및 올리고머의 열경화성 수지 및 경화개시제를 혼합하여 그 합이 100중량부인 절연성 접착제를 제조하였다. 이때, 절연성 접착제는 100℃에서 저장 탄성 응력이 약 104 내지 106Pa 였다.
그리고, 상기 절연성 접착제에 도전 입자를 혼합하여 이방성 도전 필름을 제조하였다. 도전 입자로는 세끼스이사에서 제조한 AUEL 003A를 사용하였고, AUEL 003A는 상기 절연성 접착제에서 20% 변형시 탄성 응력이 약 1640MPa인 특성이 있다.
[실험예 2]
폴리에스터, 페녹시수지, 폴리비닐부틸알 수지, NBR, SBR등의 고무, 폴리스타이렌, 폴리아미드 수지 등을 혼합한 열가소성 수지 30~70 중량부에 한개 및 다수의 아크릴기를 갖는 모노머 및 올리고머의 열경화성 수지 및 경화개시제를 혼합하여 그 합이 100중량부인 절연성 접착제를 제조하였다. 이때, 절연성 접착제는 100℃에서 저장 탄성 응력이 약 104 내지 106Pa 였다.
그리고, 상기 절연성 접착제에 도전 입자를 혼합하여 이방성 도전 필름을 제조하였다. 도전 입자로는 세끼스이사에서 제조한 AUE 003A를 사용하였고, AUE 003A는 상기 절연성 접착제에서 20% 변형시 탄성 응력이 약 4650MPa인 특성이 있다.
[실험예 3]
폴리에스터, 페녹시수지, 폴리비닐부틸알 수지, NBR, SBR등의 고무, 폴리스 타이렌, 폴리아미드 수지 등을 혼합한 열가소성 수지 30~70 중량부에 한개 및 다수의 아크릴기를 갖는 모노머 및 올리고머의 열경화성 수지 및 경화개시제를 혼합하여 그 합이 100중량부인 절연성 접착제를 제조하였다. 이때, 절연성 접착제는 100℃에서 저장 탄성 응력이 약 104 내지 106Pa 였다.
그리고, 상기 절연성 접착제에 도전 입자를 혼합하여 이방성 도전 필름을 제조하였다. 도전 입자로는 세끼스이사에서 제조한 AUEF 003A를 사용하였고, AUEF 003A는 상기 절연성 접착제에서 20% 변형시 탄성 응력이 약 850MPa인 특성이 있다.
상술한 바와 같이 각각 제조된 이방성 도전 필름을 피접속 부재 사이에 개재한 뒤, 소정의 압력(3MPa, 5MPa, 7MPa)을 가하여 피접속 부재를 압착하고, 압착된 피접속 부재의 전극 간 접촉 저항을 측정하였다. 이때, 전극 간 접촉 저항을 측정하여 접속 상태를 평가하는데, 주어진 압력 하에서 측정된 접촉 저항의 평균 값이 1Ω 이하이거나 또는 측정된 접촉 저항과 평균 값과의 편차가 30%이하이면 합격으로 판단하였다.
하기 표 1에는 상기 실험예에 따라 제조된 이방성 도전 필름을 이용하여 피접속 부재를 접속할 때, 접착 압력에 따른 전극 간 접촉 저항값 및 이에 따른 접속 상태의 평가를 나타내었다.
실험예 1 실험예 2 실험예 3
도전 입자의 종류 AUEL 003A AUEL003A AUEF 003A
접착 압력 (MPa) 3 5 7 3 5 7 3 5 7
전극 간 접촉저항 (Ω) 0.56 0.43 0.35 2.7 0.92 0.52 2.3 1.7 0.68
접속 상태 평가 합격 불합격 불합격
표 1을 참조하면, 도전 입자의 강도가 1640MPa인 실험예 1의 경우 피접속 부재의 전극 간 접촉 저항이 0.35 내지 0.56Ω이고, 접촉 저항의 평균 값은 0.45Ω 이었다. 이에 따라 접촉 저항의 평균 값과 측정된 접촉 저항의 최대 편차가 0.11 로 30%이내였다.
한편, 도전 입자의 강도가 4650MPa인 실험예 2의 경우 피접속 부재의 전극 간 접촉 저항이 0.52 내지 2.7Ω이고, 접촉 저항의 평균 값은 1.38Ω이었다. 이에 따라 접촉 저항의 평균 값과 측정된 접촉 저항간의 최대 편차가 1.32로 30%를 초과하였다. 아울러, 도전 입자의 강도가 850MPa인 실험예 3의 경우 피접속 부재의 전극 간 접촉 저항이 0.68 내지 2.3Ω이고, 접촉 저항의 평균 값은 1.56이었다. 이에 따라, 접촉 저항의 평균 값과 측정된 접촉 저항간의 최대 편차가 0.88로 30%를 초과하였다. 즉, 도전 입자의 강도가 실험예 2와 같이 너무 크거나, 또는 실험예 3과 같이 너무 작으면 접착 압력이 낮을수록 접촉 저항이 현저하게 증가하였다.
따라서, 피접속 부재의 전기적 접속 신뢰성을 향상시킬 수 있는 도전 입자의 강도는 900 내지 4600MPa인 것이 바람직하다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 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.
본 발명에 따르면 이방성 도전 필름에 포함된 도전 입자의 물성을 조절함으 로써 피접속 부재의 접속시, 열 압착에 의해 도전 입자의 변형이 충분히 일어날 수 있다. 따라서, 이방성 도전 필름을 이용하여 열 압착된 피접속 부재는 접속 공정에서 안정성이 확보되어 신뢰성 있는 제품을 제조할 수 있다.

Claims (3)

  1. 절연성 접착제를 기재로 하여 도전 입자가 분산되어 있는 이방성 도전 필름에 있어서,
    상기 절연성 접착제는, 100℃에서의 저장 탄성율이 104 내지 106Pa이고, 상기 절연 접착제 내에 분산된 상기 도전 입자는, 20% 변형시 탄성 응력이 900 내지 4600 MPa인 것을 특징으로 하는 이방성 도전 필름.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 도전 입자는, 중공을 구비한 구 형태의 쉘과 상기 쉘의 내부에 충진된 금속 파우더로 이루어진 중심부를 구비하는 것을 특징으로 하는 이방성 도전 필름.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 도전 입자는, 금, 은, 철, 구리, 니켈 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 이방성 도전 필름.
KR1020060016831A 2006-02-21 2006-02-21 접속 신뢰성이 우수한 도전 입자를 구비한 이방성 도전필름 KR100735211B1 (ko)

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