KR100819524B1 - Insulated conductive particle and anisotropic conductive film using the same - Google Patents
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Abstract
Description
제1도는 본 발명에 따른 절연 전도성 미립자의 절연 처리 과정에 대한 개략적 흐름도이다.1 is a schematic flowchart of an insulating process of the insulating conductive fine particles according to the present invention.
제2도는 본 발명에 따른 절연 전도성 미립자의 개략적인 정면도 및 단면도이다.2 is a schematic front view and sectional view of the insulating conductive fine particles according to the present invention.
제3도는 본 발명에 따른 절연 전도성 미립자를 함유한 수지 조성물로 성형된 이방 전도성 필름을 개략적으로 도시한 단면도이다.3 is a sectional view schematically showing an anisotropic conductive film molded from a resin composition containing insulating conductive fine particles according to the present invention.
제4도는 본 발명에 따른 절연 전도성 미립자를 함유한 수지 조성물로 성형된 이방성 전도성 필름과 기판간의 구성을 개략적으로 나타낸 단면도로서, 압착 전의 모형을 도시한 단면도이다.4 is a cross-sectional view schematically showing a configuration between an anisotropic conductive film and a substrate molded from a resin composition containing insulating conductive fine particles according to the present invention, showing a model before compression.
제5도는 도 4의 이방성 전도성 필름 접착제와 기판의 압착 후의 상태를 개략적으로 나타낸 단면도이다.5 is a cross-sectional view schematically showing a state after the compression of the anisotropic conductive film adhesive and the substrate of FIG.
* 도면의 주요부호에 대한 간단한 설명 *Brief description of the main symbols in the drawing
1 : 절연 전도성 미립자 1′: 전도성 미립자1: Insulating Conductive Fine Particles 1 ′: Conductive Fine Particles
2 : 실리카 절연입자 3 : 구동용 집적회로2: Silica Insulation Particle 3: Driving Integrated Circuit
4 : 액정 표시 기판 4: liquid crystal display substrate
5 : 절연 돌기형 전도성 미립자를 함유한 이방성 필름5: anisotropic film containing insulated projection conductive particles
11 : 합성수지 기재입자 12 : 1차 금속층11: synthetic resin substrate particle 12: primary metal layer
13 : 2차 금속층 31 : 범프(bump) 전극13: secondary metal layer 31: bump electrode
41 : 배선 패턴 41: wiring pattern
발명의 분야Field of invention
본 발명은 절연 전도성 미립자 및 이를 이용한 이방 전도성 필름에 관한 것이다. 보다 구체적으로 본 발명은 전도성 미립자의 표면에 실리카 절연 입자를 불연속적으로 복합화하는 공정을 거쳐 전도성 미립자에 절연성을 부여하여 도전 입자사이의 접촉에 의한 단락을 방지하고, 가열 압착에 의해 가압 방향으로 전기적 접속을 달성하는 절연 이방 전도성 미립자 및 이를 이용한 전기 접속용 이방 전도성 필름에 관한 것이다.The present invention relates to an insulating conductive fine particles and an anisotropic conductive film using the same. More specifically, the present invention, through the process of discontinuously complexing the silica insulating particles on the surface of the conductive fine particles to impart insulation to the conductive fine particles to prevent short circuit due to contact between the conductive particles, the electrical pressure in the pressing direction by heat compression The present invention relates to insulating anisotropic conductive fine particles for achieving a connection and an anisotropic conductive film for electrical connection using the same.
발명의 배경Background of the Invention
최근, 액정표시장치의 고해상도, 칼라화가 진행되면서 픽셀피치(pixel pitch)를 감소시키고 액정표시장치 패널 위에 인쇄된 리드(lead)의 수를 증가시키는 추세에 있다. 이러한 기술적 요구에 의해 기판간의 접속을 위한 패키징 기술도 이에 대응하여 발전해 오고 있고, 회로가 미세화 되면서 이에 따른 패키징 기술도 여러 가지 방법으로 발전되고 있다.Recently, as the high resolution and colorization of the liquid crystal display device progresses, the pixel pitch is decreased and the number of leads printed on the liquid crystal display panel is increased. Due to such technical requirements, packaging technologies for connection between substrates have been developed correspondingly. As circuits become finer, packaging technologies accordingly have been developed in various ways.
일반적인 이방성 전도성 접착제는 접속 부품 사이에 위치되어 가열되고 압착된다. 이때 기판과 평행한 방향으로 인접한 단자들은 전기를 통하지 않지만, 수직 방향으로 인접한 단자들은 전도된다. 이러한 전도 기능은 필름내의 접착 물질에 분산되어 있는 전도성 미립자가 한다. 상기 전도성 미립자는 심재물질(core)에 금속물질을 코팅시켜 제조되는데, 이러한 전도성 미립자의 제조방법은 일본특허공개공보 소52-147797호, 소61-277104호, 평1-225776, 평1-247501호, 및 평4-147513호 등에 개시되어 있다.Typical anisotropic conductive adhesives are placed between the connecting parts and heated and pressed. At this time, terminals adjacent in the direction parallel to the substrate do not conduct electricity, but terminals adjacent in the vertical direction are conducted. This conductive function is achieved by the conductive particulates dispersed in the adhesive material in the film. The conductive fine particles are prepared by coating a metal material on a core material (core), and the method for preparing the conductive fine particles is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 52-147797, 61-277104, 1-225776, 1-247501 And No. 4-147513.
그런데, 이러한 심재물질(core)위에 도금층만으로 구성되어진 전도성 미립자의 경우 정밀 회로 내에서 인접한 단자 사이에 단락의 위험성이 항상 노출되어 있는 단점이 있다. 이를 극복하기 위해 일본특허공개공보 특개평 8-335407호, 특개소 62-40183호, 특개평 3-46774호 및 특개평 4-174980호 등은 전도성 미립자의 외층에 얇은 열가소성 수지층이나 열경화성 수지층으로 이루어진 절연층을 형성하여 가열 가압의 영향에 있는 입자는 절연층 막이 용융 등에 의해 얇아지며 통전하게 되고, 영향을 받지 않는 입자는 입자간 또는 전극간의 단락을 방지할 수 있도록 절연층을 유지하는 절연 전도성 미립자를 제시하고 있다.However, in the case of the conductive fine particles composed only of the plating layer on the core material (core), there is a disadvantage that the risk of short circuit is always exposed between adjacent terminals in the precision circuit. In order to overcome this, Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 8-335407, 62-18383, 3-46774 and 4-174980 have a thin thermoplastic resin layer or a thermosetting resin layer on the outer layer of conductive fine particles. Particles affected by heating and pressurization by forming an insulating layer consisting of the insulating layer film becomes thinner and energized by melting, etc. Conductive fine particles are presented.
예를 들면, 일본특허공개공보 특개평 8-335407호, 특개소 62-40183호, 및 특개평 6-060712에서는 전도성 미립자의 표면에 물리, 화학적 방법을 동원하여 고분자 수지층을 이용해 절연층을 생성함으로써 입자간 또는 전극간의 단락을 방지하는 기술을 제시하고 있으며, 최근까지 이러한 방식으로 절연 처리된 절연 전도성 미립자가 주로 사용되어져 왔다.For example, JP-A-8-335407, JP-A 62-40183, and JP-A 6-060712 employ physical and chemical methods on the surface of conductive fine particles to form an insulating layer using a polymer resin layer. By providing a technique for preventing short circuit between particles or between electrodes, insulating conductive fine particles insulated in this manner until recently have been mainly used.
하지만, 이러한 절연 전도성 미립자의 경우 절연 전도성 미립자간의 응집으로 인해 이방 전도성 필름상에서 분산성이 떨어지고, 가열, 가압시 절연층이 완전 소멸되지 않아 잔존하는 절연층에 의해 통전 상에 높은 저항을 가져오는 문제점을 가지고 있다. However, in the case of the insulating conductive fine particles, the dispersibility is reduced on the anisotropic conductive film due to the aggregation between the insulating conductive fine particles, the insulating layer is not completely destroyed when heated and pressed, resulting in a high resistance on the current through the remaining insulating layer Have
따라서, 최근에는 전도성 미립자와 절연입자를 수지 내에 개별 혼합 분산하여 절연 효과를 구현하는 새로운 방식의 절연 도전입자의 개념이 도입되고 있다.Therefore, in recent years, the concept of insulating conductive particles of a new way to realize the insulating effect by separately mixing and dispersing the conductive fine particles and the insulating particles in the resin has been introduced.
그러나, 이러한 절연 전도성 미립자는 전극간의 압착 시 우수한 접속저항 값을 보이지만, 전도성 미립자의 표면에 절연층을 입힌 절연 전도성 미립자에 비해 인접한 전극간 잦은 단락이 발생하는 치명적인 문제점을 가지고 있다.However, the insulating conductive fine particles show excellent connection resistance when the electrodes are crimped, but have a fatal problem in that a short circuit occurs frequently between adjacent electrodes as compared with the insulating conductive fine particles coated on the surface of the conductive fine particles.
이에 본 발명자들은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 이방 전도성 필름의 열경화성 접착 수지 내에서 절연 입자가 전도성 미립자의 주변에 밀집되어 분산되어 있고, 이방 전도성 필름의 저온 속경화 타입에서 가열 압착시 쉽게 절연층이 이동, 제거되어 z축 방향으로 전기전도성을 띄고, x, y 방향으로는 절연입자가 밀집 분산되어 절연성을 나타내는 절연 전도성 미립자 및 이를 이용한 이방 전도성 필름을 개발하기에 이른 것이다.In order to solve the above problems, the inventors of the present invention find that the insulating particles are densely dispersed in the periphery of the conductive fine particles in the thermosetting adhesive resin of the anisotropic conductive film. This movement and removal resulted in the development of the electrically conductive in the z-axis direction, the insulating particles are dispersed in the x, y direction densely dispersed to show the insulating conductive fine particles and an anisotropic conductive film using the same.
본 발명의 목적은 도전성 미립자 표면에 무기 절연 입자가 불연속적으로 고정되어 복합화된 구조를 갖는 절연 전도성 미립자를 제공하기 위한 것이다. An object of the present invention is to provide an insulating conductive fine particles having a structure in which inorganic insulating particles are discontinuously fixed to the surface of the conductive fine particles and composited.
본 발명의 다른 목적은 접속 신뢰성을 향상시킬 수 있는 절연 전도성 미립자를 제공하기 위한 것이다. Another object of the present invention is to provide insulating conductive fine particles which can improve connection reliability.
본 발명의 또 다른 목적은 절연 전도성 미립자 간의 응집을 방지하여 분산 안정도를 향상시키는 절연 전도성 미립자를 제공하기 위한 것이다.It is another object of the present invention to provide an insulating conductive fine particle which prevents agglomeration between the insulating conductive fine particles to improve dispersion stability.
본 발명의 또 다른 목적은 절연 전도성 미립자 사이에서 발생하는 응집현상을 방지하여 인접하는 범프 또는 배선 패턴 사이에서 단락이 일어나는 것을 방지하고, xy 평면 방향으로 우수한 절연 신뢰성을 가지는 절연 전도성 미립자를 제공하기 위한 것이다.Another object of the present invention is to prevent agglomeration that occurs between the insulating conductive particles to prevent short circuits between adjacent bumps or wiring patterns, and to provide the insulating conductive particles having excellent insulation reliability in the xy plane direction. will be.
본 발명의 또 다른 목적은 이방 도전성 필름의 열경화성 접착 수지 내에서 무기 절연 입자가 도전성 미립자의 주변에 밀집되어 분산되어 있고, 이방 도전성 필름의 저온 속경화 타입에서 가열, 압착 시 쉽게 절연층이 이동, 제거되어 z축 방향으로 전기전도성을 띄고, x, y 방향으로는 절연입자가 밀집 분산되어 절연성을 나타내는 절연 이방 전도성 미립자 및 이를 이용한 이방 전도성 필름을 제공하기 위한 것이다.Still another object of the present invention is to disperse and disperse the inorganic insulating particles in the thermosetting adhesive resin of the anisotropic conductive film in the vicinity of the conductive fine particles, the insulating layer is easily moved during heating and pressing in the low temperature fast curing type of the anisotropic conductive film The present invention provides an anisotropic conductive fine particle and an anisotropic conductive film using the same, which are removed and exhibit electrical conductivity in the z-axis direction, and insulated particles are densely dispersed in the x and y directions.
본 발명의 또 다른 목적은 저온 속경화, 또는 고온 속경화 조건에서 전극간에 압력이 가해질 때 도전입자 표면의 잔존하는 무기 절연 입자가 이탈되어 전극 간(z축방향) 통전율을 높이고 이로 인해 접속 신뢰성을 향상시킬 수 있는 전기적 접속 구조체를 제공하기 위한 것이다.Another object of the present invention is to remove the remaining inorganic insulating particles on the surface of the conductive particles when the pressure is applied between the electrodes at low temperature or hardening conditions, thereby increasing the electrical conductivity between the electrodes (z-axis direction), thereby increasing connection reliability. To provide an electrical connection structure that can be improved.
본 발명의 상기 및 기타 목적들은 하기 설명되는 본 발명에 의하여 모두 달성될 수 있다.The above and other objects of the present invention can be achieved by the present invention described below.
발명의 요약Summary of the Invention
본 발명은 이방 전도성 필름에 사용되는 절연 전도성 미립자에 있어서, 전도성 미립자(1′) 및 상기 전도성 미립자의 표면에 불연속적으로 고정된 무기 절연 입자(2)로 이루어진 절연 전도성 미립자에 관한 것이다. 상기 무기 절연 입자는 이방 전도성 필름의 수지 내에서 일부 이탈하여 전도성 미립자 주변에 밀집 분산되고, 가열 가압 시에는 전도성 미립자의 표면에 존재하던 잔여의 무기 절연 입자가 이탈함으로써, 전도성 미립자가 전극 사이에 전기적으로 접속될 수 있는 것을 특징으로 한다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to insulating conductive fine particles comprising conductive fine particles 1 'and inorganic
상기 전도성 미립자는 금속, 합금 또는 도전성 금속 산화물로 이루어진 입자이거나, 고분자 기재 입자 표면에 1 층 이상의 전도성 금속층이 도금된 입자이다. The conductive fine particles are particles made of a metal, an alloy, or a conductive metal oxide, or particles in which at least one conductive metal layer is plated on the surface of the polymer substrate particle.
바람직하게는 상기 전도성 금속층은 니켈/금의 이중 금속층으로 이루어진다. Preferably, the conductive metal layer is made of a nickel / gold double metal layer.
상기 전도성 미립자는 표면에 돌기가 형성될 수 있다. The conductive fine particles may have protrusions formed on a surface thereof.
본 발명의 하나의 구체예에서는 상기 무기 절연 입자의 피복율은 전도성 미립자의 전도성 금속층 표면적의 100∼500 %이다. In one embodiment of the present invention, the coverage of the inorganic insulating particles is 100 to 500% of the surface area of the conductive metal layer of the conductive fine particles.
상기 전도성 미립자는 평균 입경이 1~20㎛이다. 또한 상기 무기 절연 입자의 입경은 20 내지 100 nm이다. The conductive fine particles have an average particle diameter of 1 to 20 µm. In addition, the particle diameter of the said inorganic insulating particle is 20-100 nm.
또한, 본 발명에서는 상기 절연 전도성 미립자를 이용한 이방 전도성 필름을 제공한다. In addition, the present invention provides an anisotropic conductive film using the insulating conductive fine particles.
상기 이방 전도성 필름은 열경화성 수지와 상기 열경화성 수지상에 분산된 절연 전도성 미립자를 포함하며, 상기 절연 전도성 미립자를 구성하는 무기 절연 입자는 이방 전도성 필름의 수지 내에서 일부 이탈하여 전도성 미립자 주변에 밀집 분산되어 있는 것을 특징으로 한다. The anisotropic conductive film includes a thermosetting resin and insulating conductive particles dispersed on the thermosetting resin, and the inorganic insulating particles constituting the insulating conductive particles are partially separated from the resin of the anisotropic conductive film and are densely dispersed around the conductive particles. It is characterized by.
또한, 본 발명에서는 상기 절연 전도성 미립자를 함유하는 이방 전도성 필름을 사용한 전기적 접속 구조체를 제공한다. 상기 전기적 접속 구조체는 전극이 형성된 한 쌍의 마주보는 기판사이에 본 발명의 이방 전도성 필름을 기재시켜 열 압착하여 형성된다. In addition, the present invention provides an electrical connection structure using an anisotropic conductive film containing the above insulating conductive fine particles. The electrical connection structure is formed by thermally compressing an anisotropic conductive film of the present invention between a pair of opposing substrates on which electrodes are formed.
발명의 구체예에 대한 상세한 설명Detailed Description of the Invention
절연 전도성 미립자Insulation conductive fine particles
본 발명에 따른 절연 전도성 미립자는 전도성 미립자(1′) 및 상기 전도성 미립자의 표면에 불연속적으로 고정된 무기 절연 입자(2)로 이루어진다. The insulating conductive fine particles according to the present invention consist of the conductive fine particles 1 'and the
상기 전도성 미립자는 금속, 합금 또는 도전성 금속 산화물로 이루어진 입자이거나, 고분자 기재 입자 표면에 1 층 이상의 전도성 금속층이 도금된 입자일 수 있다. 이중 바람직하게는 고분자 기재 입자 표면에 1 층 이상의 전도성 금속층이 도금된 입자이다. The conductive fine particles may be particles formed of a metal, an alloy, or a conductive metal oxide, or particles having one or more conductive metal layers plated on the surface of the polymer substrate particle. Among them, preferably, particles having one or more conductive metal layers plated on the surface of the polymer substrate particle.
도 1은 본 발명에 의해 제조된 절연 전도성 미립자의 표면처리 과정을 보여 주는 흐름도이다.1 is a flow chart showing a surface treatment process of the insulating conductive fine particles produced by the present invention.
본 발명의 하나의 구체예에서는 전도성 미립자(1′)는 구형의 고분자 기재 입자(11) 표면에 1층 이상의 전도성 금속층이 도금된 것을 특징으로 한다. 상기 전도성 금속층은 전도성의 금속, 합금 및 전도성 금속 산화물 중에서 선택될 수 있다. 바람직하게는 상기 전도성 금속층은 니켈/금의 이중 금속층으로 이루어진 것을 특징으로 한다.In one embodiment of the present invention, the conductive fine particles 1 'is characterized in that at least one conductive metal layer is plated on the surface of the spherical polymer substrate particle 11. The conductive metal layer may be selected from conductive metals, alloys and conductive metal oxides. Preferably, the conductive metal layer is characterized by consisting of a double metal layer of nickel / gold.
상기 고분자 기재 입자(11)는 구형의 미립자이다. 상기 사용될 수 있는 구체적인 예로는 페놀 수지, 요소 수지, 멜라민 수지, 불소 수지, 불포화폴리에스테르 수지, 에폭시 수지, 실리콘 수지, 폴리이미드 수지, 폴리우레탄 수지, 폴리프로필렌계 공중합체 수지, 폴리올레핀계 수지 등과 같은 열경화성 고분자 수지; 또는 폴리에틸렌 수지, 폴리프로필렌 수지, 폴리부틸렌 수지, 폴리메타크릴산 수지, 폴리메틸렌 수지, 폴리스티렌 수지, 아크릴로니트릴-스티렌 수지, 아크릴로니트릴-스티렌-부타디엔 수지, 비닐 수지, 디비닐벤젠 수지, 폴리아미드 수지, 폴리에스테르 수지, 폴리카보네이트 수지, 폴리아세탈 수지, 폴리에테르설폰 수지, 폴리페닐옥사이드 수지, 폴리페닐렌설파이드 수지, 폴리설폰 수지 등의 열가소성 고분자가 바람직하다. 상기 고분자 기재 입자의 제조방법은 괴상, 용액, 유화, 현탁중합 등 공지의 방법에 의해 제조될 수 있으며, 바람직하게는 유화 중합법에 의하여 합성한 고 분자 기재 입자이다. The polymer substrate particle 11 is spherical fine particles. Specific examples of the phenol resin, urea resin, melamine resin, fluorine resin, unsaturated polyester resin, epoxy resin, silicone resin, polyimide resin, polyurethane resin, polypropylene copolymer resin, polyolefin resin, etc. Thermosetting polymer resins; Or polyethylene resin, polypropylene resin, polybutylene resin, polymethacrylic resin, polymethylene resin, polystyrene resin, acrylonitrile-styrene resin, acrylonitrile-styrene-butadiene resin, vinyl resin, divinylbenzene resin, Thermoplastic polymers, such as a polyamide resin, a polyester resin, a polycarbonate resin, a polyacetal resin, a polyether sulfone resin, a polyphenyl oxide resin, a polyphenylene sulfide resin, and a polysulfone resin, are preferable. The method for preparing the polymer substrate particles may be prepared by known methods such as bulk, solution, emulsion, suspension polymerization, and the like, and are preferably high molecular substrate particles synthesized by emulsion polymerization.
상기 구형의 고분자 기재 입자(11) 표면에는 1층 이상의 전도성 금속층이 도금된다. At least one conductive metal layer is plated on the surface of the spherical polymer substrate particle 11.
상기 금속층을 도금하는 방법으로는 무전해 도금법을 사용할 수 있다. 상기 무전해 도금법을 사용하여 금속층을 형성하는 기술은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자로부터 용이하게 실시될 수 있다.As the method for plating the metal layer, an electroless plating method can be used. The technique of forming the metal layer using the electroless plating method can be easily performed by those skilled in the art.
바람직하게는 상기 전도성 금속층은 니켈(Ni)과 금(Au)이 순차적으로 도금된 것이다. 더 바람직하게는 상기 니켈층 도금 시 돌기형상을 갖춘 도금층이 구성된다.Preferably, the conductive metal layer is plated with nickel (Ni) and gold (Au) sequentially. More preferably, a plating layer having a protrusion shape when the nickel layer is plated is configured.
상기 고분자 기재 입자(11)에 도금되는 니켈(Ni)과 금(Au)의 각각의 막 두께는 미립자 입경의 0.1∼20% 정도가 바람직하고, 1∼5%에 해당하는 막 두께가 더욱 바람직하다.The film thickness of each of nickel (Ni) and gold (Au) to be plated on the polymer substrate particles 11 is preferably about 0.1 to 20% of the particle size, and more preferably 1 to 5%. .
본 발명의 다른 구체예에서는 상기 전도성 미립자(1′)로 미세한 고른 금속 입자가 사용된다. In another embodiment of the present invention, fine even metal particles are used as the conductive fine particles 1 '.
본 발명의 전도성 미립자(1′)는 평균 입경이 1∼20㎛, 바람직하게는 1∼10 ㎛이고, 더 바람직하게는 2∼8 ㎛이다. The conductive fine particles 1 'of the present invention have an average particle diameter of 1 to 20 mu m, preferably 1 to 10 mu m, and more preferably 2 to 8 mu m.
상기 전도성 미립자(1′)의 전기 저항치는 100 Ω 이하, 바람직하게는 50 Ω 이하, 더 바람직하게는 30∼0 Ω이다. The electrical resistance value of the conductive fine particles 1 'is 100 Ω or less, preferably 50 Ω or less, more preferably 30 to 0 Ω.
본 발명에서 상기 전도성 미립자(1′)의 표면에 불연속 부착되는 무기 절연 입자(2)로는 용매에 대한 불용성 물질이 우선시되며, 무기 절연 입자(2)의 입경은 전도성 미립자의 입경 대비 0.1∼3%이다. 더욱 바람직하게는 상기 무기 절연 입자는 20내지 100 nm의 입경 크기를 갖는다. In the present invention, as the inorganic insulating
상기 무기 절연 입자로는 산화티타늄, 실리카, 탄산칼슘, 인산칼슘, 알루미나, 산화안티몬, 산화지르코늄 등이 사용될 수 있으며, 이중 바람직하게는 실리카이다.Titanium oxide, silica, calcium carbonate, calcium phosphate, alumina, antimony oxide, zirconium oxide, and the like may be used as the inorganic insulating particles, and preferably silica.
본 발명의 무기 절연 입자(2)를 상기 전도성 미립자(1′)에 고정화하는 방법은 물리/기계적 마찰을 이용한 건식법이 용이하다. 상기 물리/기계적 마찰을 이용한 건식법은 본 발명의 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 잘 알려져 있다. The method of immobilizing the inorganic insulating
상기의 방법으로 고착된 무기 절연 입자(2)는 경화성 에폭시 수지와의 조액 상에서 금속 표면층과의 이탈이 이루어지며, 130∼200 ℃의 온도에서 절연 입자 형태가 유지되어야 한다. 또한, 금속 표면에 잔존하는 무기 절연 입자(2)는 압력에 대해 z 축으로의 이탈성을 나타내는 것이 바람직하다.The inorganic
본 발명의 하나의 구체예에서는 절연 전도성 미립자는 일본의 나라기계 제작소(주)의 하이브리다이제이션 시스템(Hybridization system)을 이용하여 제조될 수 있다. 이때 전도성 미립자와 무기 절연 입자의 혼합 비율은 85∼95 : 5∼15 (중량비)로 한다. 절연 입자의 혼합 비율이 5% 이하일 경우 조액 내에서 전도성 미립자의 표면에 고착되어 있는 절연입자의 일부 이탈에 의해 초기 접속 및 장기 사용시 인접한 전도성 미립자 간 단락의 가능성이 있으며, 반대로 절연 입자의 혼합 비율이 15% 이상일 경우 전극간 범프 압착 시 압력에 대해 z축 방향으로의 절연입자 이 탈이 발생하지 않아 높은 접속저항을 가져올 수 있다. In one embodiment of the present invention, the insulating conductive fine particles can be produced using a hybridization system of Nara Machinery Co., Ltd., Japan. At this time, the mixing ratio of the conductive fine particles and the inorganic insulating particles is 85 to 95: 5 to 15 (weight ratio). If the mixing ratio of the insulating particles is 5% or less, there is a possibility of a short circuit between adjacent conductive particles during initial connection and long-term use due to partial detachment of the insulating particles that are fixed to the surface of the conductive particles in the crude liquid. If it is 15% or more, the insulation particles in the z-axis direction do not occur with respect to the pressure when the bumps between electrodes are pressed, resulting in high connection resistance .
본 발명의 절연 전도성 미립자는 무기 절연 입자(2)가 전도성 미립자(1′)의 표면에 과량으로 부착되어 절연처리 된다. 부착되는 무기 절연 입자(2)는 전도성 미립자의 금속 외층 표면적의 100% 이상의 피복율이 바람직하고, 표면적 대비 200% 이상의 피복율이 더욱 바람직하다. 다만 무기 절연 입자가 금속 외층 표면적의 500 %를 초과할 경우, 접착능이 떨어질 수 있으므로 100 내지 500 %, 바람직하게는 120 내지 450 %, 더 바람직하게는 190 내지 400 %, 가장 바람직하게는 200 내지 350 %의 피복율로 한다.The insulating conductive fine particles of the present invention are insulated by attaching the inorganic insulating
상기 피복율은 도전입자의 표면에 절연입자가 한층을 이뤄 감싸고 있을 경우를 100%라고 하고, 상기 100%의 피복율을 이루고 있는 절연도전입자의 표면에 또다른 한층의 절연층이 추가로 구성될 경우, 200%의 피복율로 인정한다. 즉, 500%의 피복율은 도전성미립자의 표면에 절연입자 5층으로 이루어진 절연도전입자를 의미한다.The coverage is 100% when the insulating particles are covered with one layer on the surface of the conductive particles, and another insulating layer may be additionally formed on the surface of the insulating conductive particles having the coverage of 100%. In that case, it is recognized as 200% coverage. That is, the coverage of 500% means insulating conductive particles composed of five layers of insulating particles on the surface of the conductive fine particles.
이러한 피복율의 정의는 정량적인 기준으로 다시 설명할 수 있고, 이는 도전입자와 절연입자의 각 질량비를 이용하여 명확히 규정할 수 있다.This definition of coverage can be explained again on a quantitative basis, which can be clearly defined using the respective mass ratios of conductive and insulating particles.
도전입자와 절연입자 각각의 평균입경을 D(㎛)와 d(㎛), 그리고 진비중을 γD와 γd라 할때, 직경(D+d)의 구 표면적(SD +d)은 절연입자의 단면적×N개의 입자로 정의할 수 있다. 이를 수식으로 나타내면, When the average particle diameter of each of the conductive and insulating particles is D (μm) and d (μm), and the specific gravity is γ D and γ d , the spherical surface area (S D + d ) of the diameter ( D + d ) is insulated. The particle size can be defined as particles having a cross-sectional area x N particles. If this is expressed as a formula,
SD +d = 4πr2= π(D+d)2(r은 반경) 로 표현된다.S D + d = 4πr 2 = π (D + d) 2 (r is the radius).
절연입자의 단면적(Sd)은 πr2= πd2/ 4이고, 도전입자에 절연입자가 한층 감싸게 될 경우, 절연입자의 개수를 N이라 하면 SD +d= NSd 이고, 이식에 의해, 도전입자와 절연입자의 입자갯수 비는 1: 4(D+d)2/d2로 정의된다.Cross-sectional area of the insulating particles (S d) is πr 2 = a πd 2/4, and, when a further wrapped insulating particles in the conductive particles, when as N the number of insulating particles S D + d = NS d, by implantation, The particle number ratio of the conductive particles to the insulating particles is defined as 1: 4 (D + d) 2 / d 2 .
상기의 식을 이용해 도전입자와 절연입자의 부피비는 입자 갯수비에 입자직경의 3승을 곱하여 얻을 수 있으며, 도전입자와 절연입자의 부피비 정의는 Using the above formula, the volume ratio of the conductive particles and the insulating particles can be obtained by multiplying the particle number ratio by the third power of the particle diameter.
D3: 4(D+d)2×d로 규정된다. D 3: 4 (D + d ) , is defined as 2 × d.
또한, 질량비는 상기에서 얻은 부피비에 진비중을 곱하면 구할 수 있고, 이렇게 얻은 도전입자와 절연입자의 질량비 식은 다음과 같다.In addition, the mass ratio can be obtained by multiplying the volume ratio obtained above by the true specific gravity, and the mass ratio equation of the conductive particles and the insulating particles thus obtained is as follows.
D3γD: 4(D+d)2×dγD = 100 : {400(D+d)2×d/D3}×γD/γD D 3 γ D : 4 (D + d) 2 × dγ D = 100: (400 (D + d) 2 × d / D 3 } × γ D / γ D
상기 최종식을 이용하여 피복율의 정의를 정량적으로 규정할 수 있다. The final formula can be used to quantitatively define the coverage.
도 2는 본 발명에 따른 절연 전도성 미립자의 개략적인 정면도 및 단면도이다. 도 2에 나타난 바와 같이, 도전층에 고착된 무기 절연 입자(2)는 전도성 미립자(1′)의 표면에 과량으로 부착되어 절연처리 된다. 2 is a schematic front view and a cross-sectional view of the insulating conductive fine particles according to the present invention. As shown in FIG. 2, the inorganic insulating
이러한 방식으로 절연 처리된 절연 전도성 미립자는 이방 전도성 필름의 제조 과정 중 수지 내에서 분산되고, 전도성 미립자 표면에 고정화되어있던 일부 무기 절연 입자(2)가 이 과정에서 1차 이탈이 된다. 이와 같이 이탈된 일부 무기 절연 입자는 수지 내에 절연 전도성 미립자와 함께 분산되어 있되, 전도성 미립자 표 면으로부터 일정간격으로 이탈을 하여 감싸고 있는 형태를 띄게 된다. 이러한 절연 전도성 미립자를 포함한 이방 전도성 필름이 가압 방향으로 압력을 받아 전극간의 전기적 접속을 달성할 때, 전극간 압력에 노출된 절연 전도성 미립자 표면에 잔존하던 무기 절연 입자가 2차 이탈 제거되어 가압 방향으로는 안정적인 접속저항, 수직방향으로는 절연성이 유지된다. The insulating conductive fine particles insulated in this manner are dispersed in the resin during the manufacturing process of the anisotropic conductive film, and some inorganic
절연 전도성 미립자가 분산된 이방 전도성 필름 및 이를 이용한 전기적 접속 구조체Anisotropic conductive film in which insulating conductive particles are dispersed and electrical connection structure using the same
본 발명에서는 상기 절연 전도성 미립자를 이용한 이방 전도성 필름(5)을 제공한다. In the present invention, an anisotropic
상기 이방 전도성 필름은 열경화성 수지와 상기 열경화성 수지상에 분산된 절연 전도성 미립자를 포함하며, 상기 절연 전도성 미립자를 구성하는 무기 절연 입자는 이방 전도성 필름의 수지 내에서 일부 이탈하여 전도성 미립자 주변에 밀집 분산되어 있는 것을 특징으로 한다. The anisotropic conductive film includes a thermosetting resin and insulating conductive particles dispersed on the thermosetting resin, and the inorganic insulating particles constituting the insulating conductive particles are partially separated from the resin of the anisotropic conductive film and are densely dispersed around the conductive particles. It is characterized by.
도 3은 상기의 방법으로 제조된 절연 전도성 미립자를 이용한 이방 전도성 필름(5)의 단면도이다.3 is a cross-sectional view of the anisotropic
본 발명에 의해 제조된 절연 전도성 미립자(1)는 접착성분 상에 분산되고, 분산 시 일부 무기 절연 입자는 수지 내에 분산되어 전도성 미립자 간의 절연 역할을 한다. 상기와 같이 이방 전도성 필름내의 일부 무기 절연 입자(2)는 1차적인 이탈로 전도성 미립자 사이에 위치하되, 전도성 미립자 표면으로부터 일정간격으로 이탈을 하여 전도성 미립자를 감싸고 있는 형태를 띄게 된다. 이후 전극간의 전기적 접속을 위해 압력이 가해질 때, 전극 사이에서 직접적인 하중을 받는 전도성 미립자의 표면에 잔존하는 무기 절연 입자는 2차적으로 이탈 및 제거된다.The insulating conductive fine particles 1 produced by the present invention are dispersed on the adhesive component, and during dispersion, some inorganic insulating particles are dispersed in the resin to serve as an insulation between the conductive fine particles. As described above, some of the inorganic insulating
또한, 본 발명에서는 상기 절연 전도성 미립자를 함유하는 이방 전도성 필름(5)을 사용한 전기적 접속 구조체를 제공한다. 상기 전기적 접속 구조체는 전극이 형성된 한 쌍의 마주보는 기판사이에 상기 이방 전도성 필름(5)을 기재시켜 열 압착하여 형성된다. The present invention also provides an electrical connection structure using the anisotropic
도 4는 본 발명에 의한 이방 전도성 필름(5)이 기판의 상하 범프(bump) 전극(31) 간 사이에 위치한 단면도로써, 이방 전도성 필름(5)과 기판간의 압착 전의 모식도이다.4 is a cross-sectional view of the anisotropic
도 5는 본 발명에 의한 이방 전도성 필름(5)이 기판의 상하 범프(bump) 전극(31) 사이에 위치하여, 이방 전도성 필름(5)과 기판간의 압착 후 전기적 접속을 달성하는 모식도이다. 압착 시 단일입자에 열과 하중이 가해지며 이에 의해 절연 입자가 완전하게 제거되어 금속층이 상하 범프(bump)(31)간의 통전을 완벽하게 이룰 수 있게 도와준다.FIG. 5 is a schematic diagram in which the anisotropic
도 5와 같이 회로가 압착될 때 절연 전도성 미립자(1)의 z 축방향의 금속층 표면에 고착되어 있던 절연입자는 압력 및 열에 의해 제거되어 금속층이 상하 전극 패드 간의 통전을 이룰 수 있게 된다.When the circuit is compressed as shown in FIG. 5, the insulating particles that have been stuck to the surface of the metal layer in the z-axis direction of the insulating conductive fine particles 1 are removed by pressure and heat so that the metal layer can conduct electricity between the upper and lower electrode pads.
상기와 같이 제조된 절연 전도성 미립자(1)를 채용한 이방 전도성 필름(5)은 기존 전도성 미립자와 절연입자가 수지 내에서 개별적으로 분산 존재하는 이방 전 도성 필름에 비해 무기 절연 입자의 밀집도를 높여 우수한 절연안정성을 가지게 된다. 따라서, 인접하는 범프(31) 또는 배선 패턴(41) 사이에서 단락을 방지하여 xy 평면 방향으로는 우수한 절연 신뢰성을 가지며, z축 방향으로 가압하는 작용에 의해 미세 절연 입자가 쉽게 이동/제거되어 뛰어난 접속 신뢰성을 가질 수 있다.The anisotropic conductive film (5) employing the insulating conductive fine particles (1) prepared as described above is superior to the anisotropic conductive film in which the conductive conductive particles and the insulating particles are dispersed and dispersed in the resin, thereby increasing the density of the inorganic insulating particles. It will have insulation stability. Therefore, the short circuit is prevented between the
본 발명은 하기의 실시예에 의하여 보다 구체화될 것이며, 하기 실시예는 본 발명의 구체적인 예시에 불과하며 본 발명의 보호범위를 한정하거나 제한하고자 하는 것은 아니다.The present invention will be further illustrated by the following examples, which are merely illustrative of the present invention and are not intended to limit or limit the scope of the present invention.
실시예Example 1∼3 1 to 3
실시예 1Example 1
전도성 미립자의 제조Preparation of Conductive Fine Particles
유화 중합법에 의하여 입경이 균일한 디비닐벤젠 수지로 이루어진 구형의 고분자 기재 입자를 합성하였다. 이때, 고분자 기재 입자의 입경은 4 ㎛ 이었다.Spherical polymer substrate particles composed of divinylbenzene resin having a uniform particle size were synthesized by an emulsion polymerization method. At this time, the particle diameter of the polymer substrate particle was 4 µm.
고분자 기재 입자의 표면에 무전해 도금법을 이용하여 NiSO4(0.5M)와 착화제(complexing agent)(0.45M), NaH2PO2(1M)의 조성으로 70℃, pH 6에서 30분 동안 니켈 도금 처리하였다. 상기의 방식으로 제조된 도금 미립자의 금속층은 니켈 도금층으로 형성되고, 이 때, 니켈의 막 두께는 80 ㎚였다.NiSO 4 (0.5M), a complexing agent (0.45M), and NaH 2 PO 2 (1M) were formed on the surface of the polymer-based particles by using electroless plating for 30 minutes at 70 ° C. and pH 6 Plating treatment. The metal layer of the plated fine particles produced in the above manner was formed of a nickel plated layer, wherein the film thickness of nickel was 80 nm.
상기의 방법으로 제조된 니켈 도금 미립자의 표면에 무전해 도금법을 이용하 여 KAuCN(0.5M)과 착화제(complexing agent)(0.5M)의 조성으로 60℃, pH 5에서 30분 동안 금 도금 처리하였다. 금으로 도금 처리된 막 두께는 40 nm 였다. 상기의 방식으로 제조된 돌기형 전도성 미립자의 최종 구성은 내부의 고분자 수지입자, 니켈 도금층, 그리고 최외각에 금 도금층으로 이루어졌다.The surface of the nickel-plated microparticles prepared by the above method was subjected to gold plating for 30 minutes at 60 ° C. and
절연 전도성 미립자의 제조Preparation of Insulating Conductive Fine Particles
상기의 방법으로 제조된 니켈/금 도금 전도성 미립자와 90 ㎚ 크기의 실리카 절연 입자를 나라기계 제작소(주)의 하이브리다이제이션 시스템(Hybridization System)에 의해 복합화하였다. 이때의 전도성 미립자와 실리카 절연 입자의 혼합 비율은 중량비로 88 : 12로 하였고, 12,000 rpm의 일정 교반 속도에서, 8분간 물리/화학적 마찰에 의해 절연 전도성 미립자가 제조되었다.The nickel / gold plated conductive fine particles prepared by the above method and silica insulating particles having a size of 90 nm were compounded by a hybridization system of Nara Machinery Co., Ltd. At this time, the mixing ratio of the conductive fine particles and the silica insulating particles was 88:12 in weight ratio, and the insulating conductive fine particles were prepared by physical / chemical friction for 8 minutes at a constant stirring speed of 12,000 rpm.
이방 전도성 접속구조체의 제조Fabrication of Anisotropic Conductive Connections
상기의 방법에 의해 제조된 절연 전도성 미립자를 이용하여 이방전도성 필름을 제조하기 위해 NBR 고무 65 중량부, 에폭시 당량이 7000인 비스페놀 A형 에폭시수지 25 중량부 및 경화제로 2-메틸이미다졸 4 중량부를 톨루엔 및 메틸에틸케톤의 혼합용매에 용해시킨 후, 제조된 절연 전도성 미립자를 실란 커플링제와 함께 각각 잘 분산시킨 다음 이형 PET 필름위에 코팅하여 건조시킨 후 두께 25 ㎛의 이방 전도성 필름을 제조하였다. 단위 면적당의 필름 중에 함유된 전도성 미립자의 개수는 25,000 개/㎟ 였다.65 parts by weight of NBR rubber, 25 parts by weight of bisphenol A type epoxy resin having an epoxy equivalent of 7000, and 4 parts of 2-methylimidazole as a curing agent to prepare an anisotropic conductive film using the insulating conductive fine particles prepared by the above method. After dissolving the part in a mixed solvent of toluene and methyl ethyl ketone, the prepared insulating conductive fine particles were dispersed together with the silane coupling agent, and then coated and dried on a release PET film to prepare an anisotropic conductive film having a thickness of 25 μm. The number of conductive fine particles contained in the film per unit area was 25,000 pieces /
실시예 2Example 2
절연 전도성 미립자의 복합화 과정에서 전도성 미립자와 실리카 절연 입자의 혼합 비율를 90 : 10으로 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 수행하였다.The same process as in Example 1 was performed except that the mixing ratio of the conductive fine particles and the silica insulating particles was 90:10 during the compounding of the insulating conductive fine particles.
실시예 3Example 3
절연 전도성 미립자의 복합화 과정에서 전도성 미립자와 실리카 절연 입자의 혼합 비율를 92 : 8로 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 수행하였다.The same process as in Example 1 was performed except that the mixing ratio of the conductive fine particles and the silica insulating particles was set to 92: 8 in the process of complexing the insulating conductive fine particles.
비교예 1Comparative Example 1
전도성 미립자와 실리카 절연 입자를 복합화하지 않고 전도성 미립자와 절연 입자를 수지 내 각각 혼재 분산시켜 절연 전도성 미립자를 제조하였다.The insulating fine particles were prepared by mixing and dispersing the conductive fine particles and the insulating particles in a resin without complexing the conductive fine particles and the silica insulating particles.
이방 전도성 접속구조체의 제조Fabrication of Anisotropic Conductive Connections
NBR 고무 65 중량부, 에폭시 당량이 7000인 비스페놀 A형 에폭시수지 25 중량부 및 경화제로 2-메틸이미다졸 4 중량부를 톨루엔 및 메틸에틸케톤의 혼합용매에 용해시킨 후, 4㎛ 크기 전도성 미립자를 25,000 개/㎟ 의 함량으로, 90nm 크기의 실리카 절연 입자를 전도성 미립자 대비 12% 함량으로 실란계 커플링제와 함께 잘 분산시킨 다음, 이형 PET 필름 위에 코팅하고 건조시켜 두께 25 ㎛의 필름을 제조하였다. 평가는 상기 실시예와 동일한 방법으로 이루어졌다.After dissolving 65 parts by weight of NBR rubber, 25 parts by weight of bisphenol A epoxy resin having an epoxy equivalent of 7000 and 4 parts by weight of 2-methylimidazole with a curing agent in a mixed solvent of toluene and methyl ethyl ketone, A film having a thickness of 25 μm was prepared by dispersing 90 nm-sized silica insulating particles with a silane coupling agent at a content of 25,000 pieces /
비교예 2Comparative Example 2
전도성 미립자와 실리카 절연 입자의 혼합 비율을 90 : 10으로 한 것을 제외하고는 비교예 1과 동일하게 수행하였다.It carried out similarly to the comparative example 1 except having set the mixing ratio of electroconductive fine particles and silica insulating particle to 90:10.
비교예 3Comparative Example 3
전도성 미립자와 실리카 절연 입자의 혼합 비율을 92 : 8로 한 것을 제외하고는 비교예 1과 동일하게 수행하였다.It carried out similarly to the comparative example 1 except having set the mixing ratio of electroconductive fine particles and silica insulating particle to 92: 8.
상기 실시예 및 비교실시예에서 제조된 전도성 접착용 필름을 사용하여 각각에 대하여 하기의 방법으로 물성을 평가하였으며, 평가 결과는 표 1에 나타내었다.The physical properties of the conductive adhesive films prepared in Examples and Comparative Examples were evaluated by the following methods, and the evaluation results are shown in Table 1 below.
- 이방 전도성 접착용 필름의 IC 칩의 접속 저항 측정-Measurement of connection resistance of IC chip of anisotropic conductive adhesive film
상기의 방법으로 제조된 이방 전도성 접착용 필름을 사용하여 다음과 같이 IC 칩의 접속 저항을 실시하였다. 사용된 평가용 IC칩의 범프(bump) 전극(31) 높이는 약 40 ㎛, IC칩의 크기는 6㎜×㎜였다. BT수지 0.8 ㎜ 두께의 기판 상에 8 ㎛ 두께의 구리 및 금도금으로 배선 패턴(41)을 형성한 기판을 사용하였다. 상기 IC칩과 기판과의 사이(이 경우, 범프(bump) 전극(31) 높이와 배선 패턴(41) 높이와의 합계는 약 58 ㎛임)에 상기 이방전도성 접착용 필름을 기재시킨 상태에서 도 180 ℃, 압력 1.5 MPa-bump의 조건으로 10초간 가압하고, 압착하여 접속시켰다. 이어서 상기 접속 샘플의 상하 전극간의 전기저항을 측정하는 경우, 20개의 각각의 인접하는 상하 전극간 전기저항을 측정하고 그 평균치를 계산하여 접속저항으로 나타내었다.The connection resistance of the IC chip was performed as follows using the film for anisotropically conductive adhesive manufactured by the said method. The height of the
또한 범프 전극(31) 규격 15 ㎛ × 70 ㎛, 범프 전극(31) 높이 15 ㎛, 피치 45 ㎛인 IC 칩과 ITO로 배선 패턴(41)을 형성한 투명기판을 상기와 동일한 접속방법으로 이방 전도성 접착필름으로 접속하고, 접속부에 1 kV의 높은 전압을 1분간 인가하여 전기적 단락(short)의 발생 유무로 절연신뢰성을 평가하고 그 결과를 표 1에 나타내었다.In addition, anisotropic conductivity is obtained between an IC chip having a
평가: 통전시 저항 기준(◎ : 2 Ω 이하, △ : 2 Ω 이상 4 Ω 이하, ×: 4 Ω 이상)Evaluation: Resistance standard when energized (◎: 2 Ω or less, △: 2 Ω or more, 4 Ω or less, ×: 4 Ω or more)
상기 실시 예 1∼3 및 비교 실시 예 1∼3 에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 절연 전도성 미립자는 전도성 미립자의 주위에 절연입자가 높은 밀도로 존재함으로써, 전도성 미립자와 절연입자가 수지 내에서 개별적으로 분산 존재하는 이방 전도성 필름보다 안정적인 절연성을 구현한다.As can be seen from the above Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3, the insulating conductive fine particles according to the present invention have a high density of insulating particles around the conductive fine particles, whereby the conductive fine particles and the insulating particles Realizes more stable insulation than anisotropic conductive films that are individually dispersed in
본 발명은 전도성 미립자의 표면에 무기 절연 입자를 불연속적으로 복합화하는 공정을 거쳐 전도성 미립자에 절연성을 부여하여 도전 입자사이의 접촉에 의한 단락을 방지하고, 가열 압착에 의해 가압 방향으로 전기적 접속을 달성하는 절연 이방 전도성 미립자 및 이를 이용한 전기 접속용 이방 전도성 필름을 제공하는 효과를 갖는다.The present invention, through the process of discontinuously complexing inorganic insulating particles on the surface of the conductive fine particles to impart insulation to the conductive fine particles to prevent short circuit due to contact between the conductive particles, and achieve electrical connection in the pressing direction by heat compression It is effective to provide an insulating anisotropic conductive fine particles and an anisotropic conductive film for electrical connection using the same.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 실시될 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.Simple modifications or changes of the present invention can be easily carried out by those skilled in the art, and all such modifications or changes can be seen to be included in the scope of the present invention.
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