KR101932337B1 - 도전 입자의 이동을 제한하는 폴리머 층을 포함하는 이방성 전도 필름 및 수직 방향 초음파를 이용한 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

도전 입자의 이동을 제한하는 폴리머 층을 포함하는 이방성 전도 필름 및 그 제조 방법이 제시된다. 일 실시예에 따른 다수의 도전 입자들을 포함하는 이방성 전도 필름(Anisotropic Conductive Film, ACF)은, 상기 다수의 도전 입자들이 분산 배치되며, 배치된 상기 다수의 도전 입자들을 포획하여 이동을 제한하는 폴리머 층; 및 상기 폴리머 층의 상부 및 하부에 구성되어 접착성을 부여하는 접착제 층을 포함하여 이루어진다.

Description

도전 입자의 이동을 제한하는 폴리머 층을 포함하는 이방성 전도 필름 및 수직 방향 초음파를 이용한 그 제조 방법{ANISOTROPIC CONDUCTIVE FILM INCLUDING POLYMER LAYER FOR SUPPRESSING MOVEMENT OF CONDUCTIVE PARTICLES AND MANUFACTURING METHOD THEREOF USING VERTICAL ULTRASONIC WAVE}
아래의 실시예들은 도전 입자의 이동을 제한하는 폴리머 층을 포함하는 이방성 전도 필름 및 수직 방향 초음파를 이용한 도전 입자를 둘러싼 폴리머 층을 제거하여 이방성 전도 필름을 제조하는 방법에 관한 것이다.
전자 패키징 시에 사용되는 접착제는 그 사용 형태에 따라 필름과 페이스트 형태로 구분되며, 도전 입자의 포함 여부에 따라 전도성, 이방 전도성, 비전도성 접착제로 구분된다. 일반적으로 이방성 전도 필름(Anisotropic Conductive Film(s), ACF(s)), 이방성 전도 페이스트(Anisotropic Conductive Paste, ACP), 비전도성 필름(Non-Conductive Film, NCF) 및 비전도성 페이스트(Non-Conductive Paste, NCP)로 구분된다.
특히, 차세대 극미세 피치 디스플레이 기술은 고해상도와 전기적 안정성을 요구하기 때문에 전도성 도전 입자를 함유한 이방성 전도 필름(ACF)이 통상적으로 사용된다. 이방성 전도 필름(ACF)을 이용한 전자 부품간의 접속 방법은 기존의 땜납 공정을 대체하는 공정(lead free)으로, 공정자체가 간단하며 친환경적이고 제품에 순간적인 고온을 가할 필요가 없으므로(저온 공정) 열적으로 더 안정적인 공정이며, 유리 기판이나 폴리에스테르 플렉스와 같은 저렴한 기판을 사용하여 공정 단가를 낮출 수 있고, 미세 도전 입자를 사용하여 전기적 접속이 이루어지므로 극미세 전극 피치(pitch)(여기에서, 간단히 극미세 피치라고 할 수 있다.)의 구현이 가능한 장점이 있다.
이러한 장점 때문에 필름 형태의 접착제(ACF, NCF)는 스마트카드, LCD(Liquid Crystal Display), PDP(Plasma Display Panel), 유기 EL(Organic Light Emitting Diodes) 등의 디스플레이 패키징(display packaging), 컴퓨터, 휴대용 전화기, 통신 시스템 등의 패키징에 그 활용 범위를 넓혀가고 있다.
최근 일렉트로닉 디바이스 시장의 제품들은 고성능과 다기능을 요구하므로 부품의 I/O 수가 많아지게 되고, 이에 따라 전극 사이의 간격이 미세해지는 미세 피치화 또는 극미세 피치화가 필수불가결하다. 하지만 미세 피치 패키징에서의 가장 큰 문제점은 좁아지는 범프(bump) 사이와 전극 사이의 간격에 의해 발생되는 전기접속 문제점이다.
특히, 이방성 전도 필름(ACF)을 사용하는 전기접속의 경우 열압착 시, 열경화성 폴리머 수지의 흐름에 의해 도전 입자의 이동이 발생하고, 도전 입자가 범프와 전극 사이에 포획되지 않거나 적게 포획되어 개방(open) 또는 고저항 접속 문제를 방지하기 위해 대량의 도전 입자를 사용해야 한다.
하지만, 이로 인해 범프와 범프 사이, 또는 전극과 전극 사이에 폴리머와 함께 유동한 다량의 도전 입자들이 끼여 전극과 전극 사이 수평방향으로 통전이 되는 전기적 오류인 단락(short) 현상이 발생하게 된다. 특히 디스플레이 제품의 미세 피치화가 급속히 진행되며 그 문제가 더욱 심화되고 있다.
도 13은 종래의 두 개의 전극을 가진 전기 접속을 위한 이방성 전도 필름(ACF)을 설명하기 위한 도면이다. 더 구체적으로 도 13a는 종래의 두 개의 전극을 가진 전기 접속을 위한 이방성 전도 필름(ACF)의 접속 전(before bonding)을 나타내고, 도 13b는 종래의 두 개의 전극을 가진 전기 접속을 위한 이방성 전도 필름(ACF)의 접속 후(after bonding)을 나타낸다.
도 13을 참조하면, 이방성 전도 필름(ACF)(10)을 이용하여 상하부의 기판(20, 21)의 두 전극 간 접속 과정에서 폴리머 레진의 흐름이 발생하여 넓은 범프와 범프 사이의 공간을 채우며, 경화가 진행된 후 수직방향으로 안정적인 전기적 접속을 구현하고 수평적으로는 절연 상태를 유지할 수 있다. 여기에서 이방성 전도 필름(ACF)(10)은 도전 입자를 포함하는 폴리머 층(11) 및 접착제 층(12)으로 이루어질 수 있다.
그러나 극미세 피치 전기 접속 기술이 개발되면서 범프와 범프 사이 및 전극과 전극 사이의 공간이 줄어들고, 범프와 전극의 폭도 대폭 감소하는 추세이다. 이러한 극미세 피치 접속을 위해, 통상적인 종래의 이방성 전도 필름(ACF)(10)을 사용할 경우 전기적 단락 현상 및 불안정한 접촉 상태의 문제점이 드러난다.
도 14는 종래의 극미세 피치 접속에서 나타나는 전기적 단락 현상 및 불안정한 접촉 상태를 설명하기 위한 도면이다. 더 구체적으로 도 14a는 종래의 극미세 피치의 두 개의 전극을 가진 전기 접속을 위한 이방성 전도 필름(ACF)의 접속(본딩) 전(before bonding)을 나타내고, 도 14b는 종래의 극미세 피치의 두 개의 전극을 가진 전기 접속을 위한 이방성 전도 필름(ACF)의 접속 후(after bonding)를 나타낸다.
도 14에 도시된 바와 같이, 통상적인 종래의 이방성 전도 필름(ACF)(10)는 접속 과정에서 레진의 흐름에 의한 도전 입자의 유동을 억제하지 못하고, 좁아진 상하부의 기판(20, 21)의 범프와 범프 사이 혹은 전극과 전극 사이에 도전 입자의 뭉침 현상을 야기하여 전기적 단락회로를 발생시키고, 많은 도전 입자의 유실로 인해 불안정한 접속 특성을 나타낸다.
한국공개특허 10-2012-0028583호는 이러한 나노파이버를 이용한 전도성 폴리머 접착제에 관한 것으로, 나노파이버에 도전 볼(도전 입자(들))을 넣어 도전 볼의 유동을 억제하는 나노파이버 층을 함유한 나노파이버 이방성 전도 필름(ACF) 장치에 관한 기술을 기재하고 있다.
그러나 나노파이버 이방성 전도 필름(ACF)의 경우 도전 볼의 범프당 포획률을 올리기 위해 레진 플로우라는 추가적인 접속(bonding) 공정을 필요로 하여 기존 이방성 전도 필름(ACF) 공정에 비해 생산성이 떨어지는 문제점이 있었다.
또한, 전기접속에 많이 이용되는 미세 피치용 이방성 전도 필름(ACF)의 경우 절연코팅 도전 입자와 2중층을 사용하는 일본의 이방성 전도 필름(ACF) 제품이 아직 세계 이방성 전도 필름(ACF) 시장을 독점하고 있는 상황이다. 하지만, 이 또한 미세 피치에서 접속 불량이 많이 발생하기 때문에 새로운 개념의 미세 피치 접속용 이방성 전도 필름(ACF) 기술 개발이 필요하다.
실시예들은 도전 입자의 이동을 제한하는 폴리머 층을 포함하는 이방성 전도 필름 및 그 제조 방법에 관하여 기술하며, 보다 구체적으로 도전 입자들을 포획하여 이동을 제한하는 인장응력을 갖는 폴리머 층을 포함하는 이방성 전도 필름에 관한 기술을 제공한다.
그리고, 실시예들은 솔더로 이루어지거나 솔더가 포함되는 도전 입자들이 분산 배치되어 접속 공정에 의한 레진의 흐름의 발생 시 도전 입자들을 포획하여 이동을 제한함으로써, 적은 양의 도전 입자들을 사용하여 높은 포획률을 구현하여 전극 또는 범프 간 미세 피치 또는 극미세 피치에서 전기적 접속이 가능한 이방성 전도 필름 및 그 제조 방법을 제공하는데 있다.
또한, 실시예들은 수직방향 초음파 접속을 통해 도전 입자들의 상부 및 하부를 감싸고 있는 폴리머 스킨 층을 제거하여 상부 전극 및 하부 전극 사이에 전기적 접속을 형성하는 도전 입자의 이동을 제한하는 폴리머 층을 포함하는 이방성 전도 필름 및 그 제조 방법을 제공하는데 있다.
일 실시예에 따른 전도성의 다수의 도전 입자들을 포함하는 이방성 전도 필름(Anisotropic Conductive Film, ACF)은, 전도성의 상기 다수의 도전 입자들이 분산 배치되며, 배치된 상기 다수의 도전 입자들을 포획하여 이동을 제한하는 폴리머 층; 및 상기 폴리머 층의 상부 및 하부에 구성되어 접착성을 부여하는 접착제 층을 포함하여 이루어진다.
상기 폴리머 층은, 상기 다수의 도전 입자들의 사이를 연결하여 접속 공정에 의한 레진의 흐름의 발생 시 상기 다수의 도전 입자들의 유동을 제한하는 인장응력을 갖는 폴리머(polymer)로 이루어질 수 있다.
상기 폴리머 층은, 상기 폴리머 층 내에 배치된 상기 다수의 도전 입자들의 상부 및 하부를 감싸고 있는 폴리머 스킨 층이 제거되어, 상부 전극 및 하부 전극의 사이를 전도성의 도전 입자가 연결하여 전기적 접속을 형성할 수 있다.
상기 폴리머 층은, 수직방향 초음파 접속을 통해 상기 다수의 도전 입자들의 상부 및 하부를 감싸고 있는 상기 폴리머 스킨 층이 제거되어 상부 전극 및 하부 전극의 사이에 전기적 접속이 이루어질 수 있다.
상기 폴리머 층은, 폴리머 용액에 상기 다수의 도전 입자들을 믹싱하여 분산시킨 후, 롤-투-롤(Roll-to-Roll) 코팅을 통해 제조될 수 있다.
상기 폴리머 층은, 접착성이 없는 열가소성 폴리머로 이루어지며, 상기 접착제 층은, 상기 폴리머 층의 상부 및 하부에 비전도성 필름(Non-conducting Film, NCF)의 폴리머 접착제 층이 라미네이션 또는 이중 코팅에 의해 형성될 수 있다.
상기 폴리머 층은 상기 다수의 도전 입자들의 유동을 억제하여 적은 양의 초기 도전 입자를 사용하여 높은 포획률을 구현함에 따라 전극 사이의 간격이 미세해지는 미세 피치 또는 극미세 피치에서 전기적 접속이 가능하다.
다른 실시예에 따른 전도성의 다수의 도전 입자들을 포함하는 이방성 전도 필름(Anisotropic Conductive Film, ACF)은, 전도성의 상기 다수의 도전 입자들은 솔더(solder)로 이루어지거나 솔더가 포함되는 도전 입자로 이루어질 수 있다.
솔더로 이루어지거나 솔더가 포함되는 도전 입자로 이루어지는 상기 다수의 도전 입자들이 분산 배치되어, 접속 공정에 의한 레진의 흐름의 발생 시 상기 다수의 도전 입자들을 포획하여 이동을 제한하는 폴리머 층; 및 상기 폴리머 층의 상부 및 하부에 구성되어 접착성을 부여하는 접착제 층을 포함할 수 있다.
상기 폴리머 층은, 솔더로 이루어지거나 솔더가 포함되는 도전 입자로 이루어지는 상기 다수의 도전 입자들을 포함하는 폴리아크릴로나이트릴(Polyacrylonitrile, PAN) 폴리머 층으로 이루어질 수 있다.
상기 다수의 도전 입자들은, 상기 솔더가 코팅된 금속 도전 입자들로 이루어질 수 있다.
상기 폴리머 층은, 상기 폴리머 층 내에 배치된 상기 다수의 도전 입자들의 상부 및 하부를 감싸고 있는 폴리머 스킨 층이 제거되어, 상부 전극 및 하부 전극의 사이를 전도성의 도전 입자가 연결하여 전기적 접속을 형성할 수 있다.
상기 폴리머 층은, 수직방향 초음파 접속을 통해 상기 다수의 도전 입자들의 상부 및 하부를 감싸고 있는 상기 폴리머 스킨 층이 제거되어 상부 전극 및 하부 전극의 사이에 전기적 접속이 이루어질 수 있다.
상기 폴리머 층은, 폴리머 용액에 상기 다수의 도전 입자들을 믹싱하여 분산시킨 후, 롤-투-롤(Roll-to-Roll) 코팅을 통해 제조될 수 있다.
상기 폴리머 층은, 접착성이 없는 열가소성 폴리머로 이루어지며, 상기 접착제 층은, 상기 폴리머 층의 상부 및 하부에 비전도성 필름(Non-conducting Film, NCF)의 폴리머 접착제 층이 라미네이션 또는 이중 코팅에 의해 형성될 수 있다.
또 다른 실시예에 따른 전도성의 다수의 도전 입자들을 포함하는 이방성 전도 필름(Anisotropic Conductive Film, ACF)의 제조 방법은, 폴리머와 용매를 일정 비율로 섞어 폴리머를 용해시키는 단계; 용해된 폴리머 용액에 다수의 도전 입자들을 믹싱하여 도전 입자의 이동을 제한하는 폴리머 용액을 형성하는 단계; 및 상기 다수의 도전 입자들이 믹싱된 상기 도전 입자의 이동을 제한하는 폴리머 용액을 롤-투-롤(Roll-to-Roll) 코팅하여 도전 입자의 이동을 제한하는 폴리머 층을 제조하는 단계를 포함하여 이루어진다.
여기에서, 상기 폴리머 층은 접속 공정에 의한 레진의 흐름의 발생 시 상기 다수의 도전 입자들을 포획하여 이동을 제한할 수 있다.
그리고 상기 폴리머 층의 상부 및 하부에 비전도성 접착 필름(NCF)으로 이루어진 접착제 층을 라미네이션하여 접착성을 부여하는 단계를 더 포함하여 이루어질 수 있다.
또한 상기 폴리머 층 내에 배치된 상기 다수의 도전 입자들의 상부 및 하부를 감싸고 있는 폴리머 스킨 층을 제거하여, 상부 전극 및 하부 전극의 사이를 전도성의 도전 입자가 연결하여 전기적 접속을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 상부 전극 및 하부 전극의 사이를 전도성의 도전 입자가 연결하여 전기적 접속을 형성하는 단계는, 수직방향 초음파 접속 공정을 통해 상기 다수의 도전 입자들의 상부 및 하부를 감싸고 있는 상기 폴리머 층의 폴리머 스킨 층을 제거할 수 있다.
상기 폴리머 층은, 상기 다수의 도전 입자들의 사이를 연결하여 접속 공정에 의한 레진의 흐름의 발생 시 상기 다수의 도전 입자들의 유동을 제한하는 인장응력을 갖는 폴리머(polymer)로 이루어질 수 있다.
상기 다수의 도전 입자들은, 솔더(solder)로 이루어지거나 솔더가 포함되는 도전 입자로 이루어질 수 있다.
상기 폴리머 층은, 솔더로 이루어지거나 솔더가 포함되는 도전 입자로 이루어지는 상기 다수의 도전 입자들이 분산 배치되어, 접속 공정에 의한 레진의 흐름의 발생 시 상기 다수의 도전 입자들을 포획하여 이동을 제한할 수 있다.
실시예들에 따르면 도전 입자들을 포획하여 이동을 제한하는 인장응력을 갖는 폴리머 층을 포함하는 이방성 전도 필름을 제공할 수 있다.
또한, 실시예들에 따르면 솔더로 이루어지거나 솔더가 포함되는 도전 입자들이 분산 배치되어 접속 공정에 의한 레진의 흐름의 발생 시 도전 입자들을 포획하여 이동을 제한함으로써, 적은 양의 도전 입자들을 사용하여 높은 포획률을 구현하여 미세 피치 또는 극미세 피치에서 전기적 접속이 가능한 이방성 전도 필름 및 그 제조 방법을 제공할 수 있다.
또한, 실시예들에 따르면 수직방향 초음파 접속을 통해 도전 입자들의 상부 및 하부를 감싸고 있는 폴리머 스킨 층을 제거하여 상부 전극 및 하부 전극 사이에 전기적 접속을 형성하는 도전 입자의 이동을 제한하는 폴리머 층을 포함하는 이방성 전도 필름 및 그 제조 방법을 제공하라 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 도전 입자 및 도전 입자의 이동을 제한하는 폴리머 층의 움직임을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 폴리머 스킨이 제거되지 않은 도전 입자의 이동을 제한하는 폴리머 층을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 일 실시예에 따른 두 개의 전극 사이에 도전 입자를 이용하여 안정적인 접속 상태의 구조체를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따른 도전 입자의 이동을 제한하는 폴리머 층의 제작 공정의 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따른 도전 입자의 이동을 제한하는 폴리머 층이 포함된 이방성 전도 필름의 제조 방법을 나타내는 도면이다.
도 6은 다른 실시예에 따른 솔더 입자를 함유한 도전 입자의 이동을 제한하는 폴리머 층의 표면 및 단면을 나타내는 도면이다.
도 7은 다른 실시예에 따른 솔더 입자를 함유한 고정 폴리머 층을 포함하는 이방성 전도 필름의 솔더 도전 입자 분포를 나타내는 도면이다.
도 8은 다른 실시예에 따른 솔더 입자를 함유한 고정 폴리머 층을 포함하는 이방성 전도 필름의 접속 공정 후 솔더 도전 입자의 젖음 면적을 나타내는 도면이다.
도 9는 다른 실시예에 따른 솔더 입자를 함유한 고정 폴리머 층을 포함하는 이방성 전도 필름의 단위면적당 솔더 도전 입자의 분포 밀도 대비 젖음 면적을 설명하기 위한 그래프이다.
도 10은 다른 실시예에 따른 솔더 입자를 함유한 고정 폴리머 층을 포함하는 이방성 전도 필름의 접촉저항을 설명하기 위한 그래프이다.
도 11은 다른 실시예에 따른 접속 공정 후 조인트 형상을 나타내는 도면이다.
도 12는 일 실시예에 따른 도전 입자의 이동을 제한하는 폴리머 층이 포함된 이방성 전도 필름의 제조 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 13은 종래의 두 개의 전극을 가진 전기 접속을 위한 이방성 전도 필름(ACF)을 설명하기 위한 도면이다.
도 14는 종래의 극미세 피치 접속에서 나타나는 전기적 단락 현상 및 불안정한 접촉 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 15는 종래의 롤-투-롤(Roll-to-Roll) 시스템 적용이 어려운 이방성 전도 필름(ACF)을 설명하기 위한 도면이다.
도 16은 종래의 이방성 전도 필름(ACF)의 제조 공정을 나타내는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 설명한다. 그러나, 기술되는 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명되는 실시예들에 의하여 한정되는 것은 아니다. 또한, 여러 실시예들은 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
아래의 실시예들은 도전 입자의 유동을 억제하는 고정 폴리머 층(Anchoring Polymer Layer, APL)이 포함된 새로운 이방성 전도 필름(Anisotropic Conductive Film(s), ACF(s))을 제공함으로써 우수한 전기 접속 특성을 확보할 수 있다. 여기에서 고정 폴리머 층(APL)은 도전 입자의 이동을 제한하는 폴리머 층을 의미할 수 있으며, 고정 폴리머 층(APL)이 포함된 새로운 이방성 전도 필름(ACF)은 도전 입자의 이동을 제한하는 폴리머 층이 포함된 이방성 전도 필름(간단히, APL ACF(s)로 표현될 수도 있다.)으로 표현될 수 있다. 도전 입자의 이동을 제한하는 폴리머 층이 포함된 이방성 전도 필름(APL ACF)은 도전 입자들을 우수한 인장강도를 갖는 고정 폴리머 층(APL)에 분산시키고 상부 및 하부에 절연 필름인 비전도성 필름(Non-conducting Film, NCF)의 폴리머 접착제 층을 라미네이션 또는 이중 코팅 방법으로 형성할 수 있다.
이와 같은 도전 입자의 이동을 제한하는 폴리머 층이 포함된 이방성 전도 필름(APL ACF)을 사용함으로써, 강한 인장응력을 갖는 폴리머를 사용하여 도전 입자의 사이를 연결하여 레진의 흐름이 발생하더라도 도전 입자의 유동을 확실하게 줄일 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 도전 입자 및 도전 입자의 이동을 제한하는 폴리머 층의 움직임을 설명하기 위한 도면이다.
도 1a를 참조하면 일 실시예에 따른 도전 입자의 이동을 제한하는 폴리머 층이 포함된 이방성 전도 필름의 접속 공정 중 도전 입자의 움직임을 나타내며, 도 1b를 참조하면 일 실시예에 따른 도전 입자의 이동을 제한하는 폴리머 층이 포함된 이방성 전도 필름의 접속 공정 후 도전 입자의 이동을 제한하는 폴리머 층의 상태를 나타낸다.
도 1을 참조하여, 일 실시예에 따른 도전 입자의 이동을 제한하는 폴리머 층이 포함된 이방성 전도 필름(100)에 대해 구체적으로 설명한다. 여기에서 도전 입자의 이동을 제한하는 폴리머 층(120)은 앞에서 설명한 고정 폴리머 층(APL)이 될 수 있다.
일 실시예에 따른 전도성의 다수의 도전 입자들을 포함하는 이방성 전도 필름(ACF)(100)은 폴리머 층(120) 및 접착제 층(130)을 포함하여 이루어질 수 있다.
폴리머 층(120)은 전도성의 다수의 도전 입자들(110)이 분산 배치되며, 배치된 다수의 도전 입자들(110)을 포획하여 이동을 제한할 수 있다.
폴리머 층(120)은 다수의 도전 입자들(110)의 사이를 연결하여 접속 공정에 의한 레진의 흐름의 발생 시 다수의 도전 입자들(110)의 유동을 제한하는 인장응력을 갖는 폴리머(polymer)로 이루어질 수 있다.
여기에서 폴리머 층(120)은 접착성이 없는 열가소성 폴리머로 이루어질 수 있으며, 접속 공정에 의한 레진의 흐름의 발생 시 다수의 도전 입자들(110)의 유동을 제한하는 인장응력을 갖는 열가소성 폴리머이면 사용 가능하므로 재료의 선택폭이 넓다.
예컨대, 폴리머 층(120)은 아래의 표 1과 같은 재료가 사용될 수 있다.
[표 1]
Figure 112017035751373-pat00001
폴리머 층(120) 내에 배치된 다수의 도전 입자들(110)의 상부 및 하부를 감싸고 있는 폴리머 스킨 층이 제거되어, 상부 전극 및 하부 전극의 사이를 전도성의 도전 입자가 연결하여 전기적 접속을 형성할 수 있다.
예컨대, 폴리머 층(120)은 수직방향 초음파 접속을 통해 다수의 도전 입자들(110)의 상부 및 하부를 감싸고 있는 폴리머 스킨 층이 제거되어 상부 전극 및 하부 전극의 사이에 전기적 접속이 이루어질 수 있다.
이러한 폴리머 층(120)은 폴리머 용액에 다수의 도전 입자들(110)을 믹싱하여 분산시킨 후, 롤-투-롤(Roll-to-Roll) 코팅을 통해 제조될 수 있다.
접착제 층은 접착성이 없는 폴리머 층(120)의 상부 및 하부에 구성되어 접착성을 부여할 수 있다.
이러한 접착제 층은 폴리머 층(120)의 상부 및 하부에 비전도성 필름(Non-conducting Film, NCF)의 폴리머 접착제 층이 라미네이션 또는 이중 코팅에 의해 형성될 수 있다. 예컨대 접착제 층은 아크릴 수지, 양이온계 에폭시 수지, 음이온계 에폭시 수지 등으로 이루어질 수 있다.
이와 같이, 일 실시예에 따른 전도성의 다수의 도전 입자들(110)을 포함하는 이방성 전도 필름은 폴리머 층(120)이 다수의 도전 입자들(110)의 유동을 억제하여 적은 양의 초기 도전 입자를 사용하여 높은 포획률을 구현함에 따라 전극 사이의 간격이 미세해지는 미세 피치 또는 극미세 피치에서 전기적 접속이 가능하다.
도 2는 일 실시예에 따른 폴리머 스킨이 제거되지 않은 도전 입자의 이동을 제한하는 폴리머 층을 설명하기 위한 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 도전 입자의 이동을 제한하는 폴리머 층(120)을 제작하는 동안 도전 입자의 이동을 제한하는 폴리머 층(120) 안에 존재하는 도전 입자의 윗부분과 아랫부분에 도전 입자의 이동을 제한하는 폴리머 층(120)의 폴리머가 감싸고 있게 되는데, 이를 폴리머 스킨 층(121)이라고 할 수 있다. 폴리머 스킨 층(121)이 제거되지 않은 상태에서는 전극과 전극 사이에 도전 입자의 이동을 제한하는 폴리머 층(120)의 도전 입자가 눌리게 되는 경우, 폴리머 스킨 층(121)이 수직방향으로의 안정적인 전기적 접속을 방해하게 된다. 이에 따라 도전 입자를 감싸고 있는 얇은 두께의 폴리머 스킨 층(121)을 초음파 등을 이용하여 제거할 수 있다.
도 3은 일 실시예에 따른 두 개의 전극 사이에 도전 입자를 이용하여 안정적인 접속 상태의 구조체를 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 두 개의 전극 사이에 도전 입자를 이용하여 안정적인 접속 상태의 구조체의 예를 나타내는 것으로, 도전 입자(110)를 감싸고 있는 얇은 두께의 폴리머 스킨 층을 초음파 등을 이용하여 제거할 수 있다. 예컨대 수직방향 초음파 접속을 통해 도전 입자(110)의 폴리머 스킨 층을 제거한 후, 두 개의 전극 사이에 도전 입자(110)를 이용하여 안정적인 접속이 이루어지도록 할 수 있다.
일 실시예에 따른 두 개의 전극 사이에 도전 입자를 이용하여 안정적인 접속 상태의 구조체는 도 1 및 도 2에서 설명한 일 실시예에 따른 도전 입자의 이동을 제한하는 폴리머 층을 포함하는 이방성 전도 필름(100)을 포함하여 이루어질 수 있다. 또한, 도 6을 참조하여 후술하는 다른 실시예에 따른 도전 입자의 이동을 제한하는 폴리머 층을 포함하는 이방성 전도 필름을 포함하여 이루어질 수 있다. 여기에서는 도 1 및 도 2에서 설명한 일 실시예에 따른 도전 입자의 이동을 제한하는 폴리머 층을 포함하는 이방성 전도 필름(100)을 포함하는 구조체를 예를 들어 설명한다.
일 실시예에 따른 도전 입자의 이동을 제한하는 폴리머 층을 포함하는 이방성 전도 필름(100)을 포함하는 구조체는 상부 기판(210)과 하부 기판(200)의 사이에 도전 입자의 이동을 제한하는 폴리머 층을 포함하는 이방성 전도 필름(ACF)(100)을 배치하고, 초음파(ultrasonic, U/S) 방식 또는 열과 압력을 가하여 위아래 수십 ㎛ 두께의 전극 사이에 다수의 도전 입자들(110)을 통해 전기적인 접속을 이루도록 할 수 있다.
상부 기판(210)은 하부에 상부 전극(211)이 형성될 수 있다. 예를 들어 상부 기판(210)은 연성 기판(Flexible Printed Circuit Board, FPCB)으로 이루어질 수 있으나, 인쇄 회로 기판(Printed Circuit Board, PCB) 등으로 이루어질 수 있으며 이에 제한되지는 않는다.
또한 하부 기판(200)은 상부에 하부 전극(201)이 형성될 수 있다. 예를 들어 하부 기판(200)은 인쇄 회로 기판(Printed Circuit Board, PCB)으로 이루어질 수 있으나, 연성 기판(Flexible Printed Circuit Board, FPCB) 등으로 이루어질 수 있으며 이에 제한되지는 않는다.
여기에서 상부 기판(210) 및 하부 기판(200)은 전자기기의 소형화에 따라 미세 피치 또는 극미세 피치화된 기판으로 이루어질 수 있다.
도전 입자의 이동을 제한하는 폴리머 층을 포함하는 이방성 전도 필름(100)은 상부 기판(210)과 하부 기판(200) 사이에 압착되는 것으로, 다수의 도전 입자들(110)이 배치되는 폴리머 층(120)을 포함하여 이루어질 수 있다. 이 때, 폴리머 층(120) 내에 배치된 다수의 도전 입자들(110)의 상부 및 하부를 감싸고 있는 폴리머 스킨 층이 제거되어, 상부 기판(210)의 상부 전극(211) 및 하부 기판(200)의 하부 전극(201)의 사이를 전도성의 도전 입자(110)가 연결하여 전기적 접속을 형성할 수 있다.
더 구체적으로, 도전 입자의 이동을 제한하는 폴리머 층을 포함하는 이방성 전도 필름(100)은 폴리머 층(120) 및 접착제 층을 포함하여 이루어질 수 있고, 폴리머 층(120)은 전도성의 다수의 도전 입자들(110)이 분산 배치되며 배치된 다수의 도전 입자들(110)을 포획하여 이동을 제한할 수 있다.
여기에서 폴리머 층(120) 내에 배치된 다수의 도전 입자들(110)의 상부 및 하부를 감싸고 있는 폴리머 스킨 층이 제거되어, 상부 전극(211) 및 하부 전극(201) 사이를 전도성의 도전 입자(110)가 연결하여 전기적 접속을 형성할 수 있다. 예를 들어 폴리머 층(120)은 수직방향 초음파 접속을 통해 다수의 도전 입자들(110)의 상부 및 하부를 감싸고 있는 폴리머 스킨 층이 제거되어 상부 전극(211) 및 하부 전극(201) 사이에 전기적 접속이 이루어질 수 있다.
따라서 최종적으로 수직방향 초음파 접속을 통해 도전 입자의 폴리머 스킨 층을 효과적으로 제거하여 안정적인 전기적 접속을 이루도록 할 수 있다. 또한 도전 입자의 이동을 제한하는 폴리머 층(120)을 이용하여 도전 입자(110)의 유동을 억제하여, 적은 양의 초기 도전 입자(110)를 사용하지만 높은 도전 입자(110)의 포획률을 구현함으로써 저가의 도전 입자의 이동을 제한하는 폴리머 층이 포함된 이방성 전도 필름(100)을 사용하여 미세피치 접속이 가능하게 되어 가격적인 경쟁력을 동시에 확보할 수 있다.
도 4는 일 실시예에 따른 도전 입자의 이동을 제한하는 폴리머 층의 제작 공정의 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 4a를 참조하면, 도전 입자의 이동을 제한하는 폴리머 층은 도전 입자와 폴리머 용액을 믹싱한 용액(410)에 도전 입자를 분산시킨 후, 롤-투-롤(Roll-to-Roll) 코팅 방식을 통해 쉽게 제조할 수 있다. 이 때, 롤과 롤 사이에 믹싱한 용액(410)을 통과시켜 건조시키는 캘린더 롤(calender roll)(420)이 사용될 수 있고, 용액을 이동시키기 위한 이형지(release paper )가 사용될 수 있다. 또한, 이동을 위한 리시빙 롤(receiving roll)(430)이 사용될 수 있다.
이에 따라 도 4b에 도시된 바와 같이 도전 입자의 이동을 제한하는 폴리머 층(440)이 형성될 수 있다. 도전 입자의 이동을 제한하는 폴리머 층(440)은 다수의 도전 입자들(441)이 분산 배치되어 폴리머 레진의 유동에도 움직임을 제한하여 고정시킬 수 있다.
여기에서 도전 입자의 이동을 제한하는 폴리머 층(440)은 접착성이 없는 열가소성 폴리머이기 때문에 디스플레이 어플리케이션에 사용하기 위해서 접착성을 부여해야 한다. 이에 따라 도전 입자의 이동을 제한하는 폴리머 층(440)의 상부 및 하부에 접착제 층을 구성함으로써 접착성을 부여할 수 있다.
도 5는 일 실시예에 따른 도전 입자의 이동을 제한하는 폴리머 층이 포함된 이방성 전도 필름의 제조 방법을 나타내는 도면이다.
도 5를 참조하면, 일 실시예에 따른 도전 입자의 이동을 제한하는 폴리머 층이 포함된 이방성 전도 필름(510)의 제조 방법은 폴리머 용액과 다수의 도전 입자들(511)을 믹싱하여 분산시킨 후, 다수의 도전 입자들(511)이 믹싱된 폴리머 용액에 롤-투-롤(Roll-to-Roll) 코팅을 통해 도전 입자의 이동을 제한하는 폴리머 층(512)을 제조할 수 있다.
그리고 도전 입자의 이동을 제한하는 폴리머 층(512)의 상부 및 하부에 비전도성 접착 필름(NCF)으로 이루어진 접착제 층(513)을 라미네이션하여 접착성을 부여할 수 있다.
또한 도전 입자의 이동을 제한하는 폴리머 층(512) 내에 배치된 다수의 도전 입자들(511)의 상부 및 하부를 감싸고 있는 폴리머 스킨 층을 제거하여, 상부 전극 및 하부 전극 사이를 전도성의 다수의 도전 입자들(511)가 직접 연결하여 전기적 접속을 형성할 수 있다.
한편, 도 16은 종래의 이방성 전도 필름(ACF)의 제조 공정을 나타내는 도면이다.
도 5 및 도 16을 참조하여 일 실시예에 따른 도전 입자의 이동을 제한하는 폴리머 층이 포함된 이방성 전도 필름(510)의 제조 공정과 종래의 이방성 전도 필름(ACF)의 제조 공정을 비교할 수 있다.
일 실시예에 따른 도전 입자의 이동을 제한하는 폴리머 층이 포함된 이방성 전도 필름(510)의 제조 공정은 일반적인 종래의 이방성 전도 필름(ACF)(51)의 제조 공정과 동일하거나 유사한 롤 라미네이터(520)를 이용하여, 도전 입자를 함유하지 않은 비전도성 접착 필름(NCF)인 접착제 층(513)과의 라미네이션 공정을 통해 간단히 제작될 수 있다.
도 16에 도시된 바와 같이 종래의 이방성 전도 필름(ACF)(50)의 경우, 도전 입자가 포함된 폴리머 층(51)과 비전도성 접착 필름(NCF)(52)의 롤 라미네이터(53)를 이용한 라미네이션 공정 시, 전기적 접속에 따라 비전도성 접착 필름(NCF)(52)의 레진 흐름이 발생하여 도전 입자 또한 흐름이 발생할 수 있다.
반면, 도 5에 도시된 바와 같이 일 실시예에 따른 도전 입자의 이동을 제한하는 폴리머 층이 포함된 이방성 전도 필름(510)은 비전도성 접착 필름(NCF)인 접착제 층(513)과 라미네이션 공정으로 인하여 접착성이 부여된 도전 입자의 이동을 제한하는 폴리머 층(512)이 포함된 이방성 전도 필름(510)을 사용하여 접속을 발생시킬 때, 도전 입자(511)가 도전 입자의 이동을 제한하는 폴리머 층(512)에 포획되어 있으므로 비전도성 접착 필름(NCF)인 접착제 층(513)의 레진 흐름에 상관없이 도전 입자(511)의 유동이 거의 발생하지 않으며, 이로 인해 접속 전, 후에 도전 입자(511)의 움직임을 억제할 수 있다.
도 6은 다른 실시예에 따른 솔더 입자를 함유한 도전 입자의 이동을 제한하는 폴리머 층의 표면 및 단면을 나타내는 도면이다.
도 6a는 다른 실시예에 따른 솔더 입자를 함유한 도전 입자의 이동을 제한하는 폴리머 층의 평면도(top view)를 나타내고, 도 6b는 다른 실시예에 따른 솔더 입자를 함유한 도전 입자의 이동을 제한하는 폴리머 층의 저면도(bottom view)를 나타내며, 도 6c는 다른 실시예에 따른 솔더 입자를 함유한 도전 입자의 이동을 제한하는 폴리머 층의 단면도(cross-sectional view)를 나타낸다.
여기에서 도전 입자는 솔더를 이용하거나 솔더를 포함하는 입자를 이용할 수 있으며, 예컨대 도전 입자는 Sn-3Bi-0.5Cu(SAC305) 솔더가 될 수 있다. 또한 도전 입자는 주석(Sn), 비스무트(Bi), 구리(Cu), 및 납(Pb) 중 적어도 어느 하나 이상을 포함하는 솔더로 이루어지거나 솔더가 포함되는 입자가 될 수 있다. 한편, 도전 입자로 Sn-Bi-Cu의 솔더 또는 Sn-Bi-Cu의 솔더를 포함하는 입자를 사용하는 경우 경도가 높은 특성을 가질 수 있다.
이와 같이, 다른 실시예에 따른 도전 입자의 이동을 제한하는 이방성 전도 필름은 솔더(solder)로 이루어지거나 솔더가 포함되는 도전 입자로 이루어지는 전도성의 다수의 도전 입자들을 포함할 수 있다.
또한 솔더로 이루어지거나 솔더가 포함되는 도전 입자로 이루어지는 다수의 도전 입자들이 분산 배치되어, 접속 공정에 의한 레진의 흐름의 발생 시 다수의 도전 입자들을 포획하여 이동을 제한하는 폴리머 층과, 폴리머 층의 상부 및 하부에 구성되어 접착성을 부여하는 접착제 층을 포함할 수 있다.
여기에서, 폴리머 층은 접착성이 없는 열가소성 폴리머로 이루어질 수 있다. 또한 폴리머 층은 솔더로 이루어지거나 솔더가 포함되는 도전 입자로 이루어지는 다수의 도전 입자들을 포함하는 폴리아크릴로나이트릴(Polyacrylonitrile, PAN) 폴리머 층으로 이루어질 수 있다. 폴리머 층은 폴리머 용액에 다수의 도전 입자들을 믹싱하여 분산시킨 후, 롤-투-롤(Roll-to-Roll) 코팅을 통해 제조될 수 있다.
일례로 다수의 도전 입자들은 솔더로 이루질 수 있고, 다른 예로 다수의 도전 입자들은 솔더가 포함되는 도전 입자로 이루어질 수 있다. 또 다른 예로 다수의 도전 입자들은 솔더가 코팅된 금속 도전 입자들로 이루어질 수 있다.
폴리머 층은 폴리머 층 내에 배치된 다수의 도전 입자들의 상부 및 하부를 감싸고 있는 폴리머 스킨 층이 제거되어, 상부 전극 및 하부 전극의 사이를 전도성의 도전 입자가 연결하여 전기적 접속을 형성할 수 있다.
폴리머 층은 수직방향 초음파 접속을 통해 다수의 도전 입자들의 상부 및 하부를 감싸고 있는 폴리머 스킨 층이 제거되어 상부 전극 및 하부 전극의 사이에 전기적 접속이 이루어질 수 있다.
접착제 층은 폴리머 층의 상부 및 하부에 비전도성 필름(Non-conducting Film, NCF)의 폴리머 접착제 층이 라미네이션 또는 이중 코팅에 의해 형성될 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 예를 들어 도전 입자로 Sn-3Bi-0.5Cu(SAC305) 솔더를 사용한 경우의 접속 공정 전 이방성 전도 필름(ACF)에 함유되는 초기 도전 입자의 분포를 확인할 수 있다. 접속 공정 전 이방성 전도 필름(ACF)에 함유되는 초기 도전 입자의 분포는 안정적인 접속 결과를 나타내는 통상적인 솔더 이방성 전도 필름(ACF)의 분포에 대비해서 폴리아크릴로나이트릴(Polyacrylonitrile, PAN) 고정 폴리머 층(APL) 솔더 이방성 전도 필름(ACF)과 같은 도전 입자의 분포가 매우 적은 것을 육안으로 확인할 수 있다.
이 때, 접속 공정 중 폴리아크릴로나이트릴 고정 폴리머 층(PAN APL)의 효과를 알아보기 위해 폴리아크릴로나이트릴 고정 폴리머 층(PAN APL) 솔더 이방성 전도 필름(ACF)의 도전 입자의 분포와 동일하게 도전 입자의 밀도가 조절된 종래의 솔더 이방성 전도 필름(ACF)을 제작하여 비교할 수 있다.
도 7은 다른 실시예에 따른 솔더 입자를 함유한 고정 폴리머 층을 포함하는 이방성 전도 필름의 솔더 도전 입자 분포를 나타내는 도면이다.
도 7을 참조하면, 다른 실시예에 따른 솔더 입자를 함유한 고정 폴리머 층을 포함하는 이방성 전도 필름의 솔더 도전 입자 분포와 종래의 솔더 이방성 전도 필름(ACF)의 솔더 도전 입자의 분포를 비교할 수 있다.
도 7b는 다른 실시예에 따른 폴리아크릴로나이트릴 고정 폴리머 층(PAN APL) 솔더 이방성 전도 필름(ACF)의 솔더 도전 입자의 분포를 나타낸다. 그리고 도 7a는 종래의 솔더 이방성 전도 필름(ACF)의 솔더 도전 입자의 분포를 나타내고, 도 7c는 도전 입자의 밀도가 조절된 종래의 솔더 이방성 전도 필름(ACF)의 솔더 도전 입자의 분포를 나타낸다.
폴리아크릴로나이트릴 고정 폴리머 층(PAN APL) 솔더 이방성 전도 필름(ACF), 종래의 솔더 이방성 전도 필름(ACF) 및 도전 입자의 밀도가 조절된 종래의 솔더 이방성 전도 필름(ACF)에서 동일한 접속 공정 후, 각 이방성 전도 필름(ACF)의 타입에 따라 전극에 솔더의 젖음 형상을 확인할 수 있다.
단위 면적당 솔더 도전 입자의 분포가 많은 종래의 이방성 전도 필름(ACF)의 젖음 면적에 대비하여 폴리아크릴로나이트릴 고정 폴리머 층(PAN APL) 솔더 이방성 전도 필름(ACF)의 젖음 면적이 유사한 수준을 알 수 있으며, 종래의 솔더 이방성 전도 필름(ACF)에 대비하여 전극과 전극 사이에 도전 입자의 잔존이 거의 없음을 확인할 수 있다. 또한, 폴리아크릴로나이트릴 고정 폴리머 층(PAN APL) 솔더 이방성 전도 필름(ACF)과 동일한 수준으로 도전 입자의 밀도가 조절된 종래의 솔더 이방성 전도 필름(ACF)의 젖음 면적은 매우 적은 것을 육안으로 확인할 수 있다.
도 8은 다른 실시예에 따른 솔더 입자를 함유한 고정 폴리머 층을 포함하는 이방성 전도 필름의 접속 공정 후 솔더 도전 입자의 젖음 면적을 나타내는 도면이다.
도 8을 참조하면, 도 7과 마찬가지로 다른 실시예에 따른 솔더 입자를 함유한 고정 폴리머 층을 포함하는 이방성 전도 필름의 접속 공정 후 솔더 도전 입자의 젖음 면적과 종래의 솔더 이방성 전도 필름(ACF)의 접속 공정 후 솔더 도전 입자의 젖음 면적을 비교할 수 있다.
도 8b는 다른 실시예에 따른 폴리아크릴로나이트릴 고정 폴리머 층(PAN APL) 솔더 이방성 전도 필름(ACF)의 접속 공정 후 솔더 도전 입자의 젖음 면적을 나타낸다. 그리고 도 8a는 종래의 솔더 이방성 전도 필름(ACF)의 접속 공정 후 솔더 도전 입자의 젖음 면적을 나타내고, 도 8c는 도전 입자의 밀도가 조절된 종래의 솔더 이방성 전도 필름(ACF)의 접속 공정 후 솔더 도전 입자의 젖음 면적을 나타낸다.
도 9는 다른 실시예에 따른 솔더 입자를 함유한 고정 폴리머 층을 포함하는 이방성 전도 필름의 단위면적당 솔더 도전 입자의 분포 밀도 대비 젖음 면적을 설명하기 위한 그래프이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 폴리아크릴로나이트릴 고정 폴리머 층(PAN APL) 솔더 이방성 전도 필름(ACF), 종래의 솔더 이방성 전도 필름(ACF) 및 도전 입자의 밀도가 조절된 종래의 솔더 이방성 전도 필름(ACF)의 각 이방성 전도 필름(ACF)의 타입 별 단위면적당 솔더 도전 입자의 분포 밀도 대비 젖음 면적을 비교하는 그래프를 나타낼 수 있다.
각 이방성 전도 필름(ACF)의 타입에 따른 단위 면적당 솔더 도전 입자의 개수인 도전 입자 분포 밀도에 대비하여 접속 공정 후 솔더 도전 입자의 젖음 면적을 정량적으로 계산할 수 있다.
따라서, 다른 실시예에 따른 솔더 도전 입자를 함유한 폴리아크릴로나이트릴 고정 폴리머 층(PAN APL) 솔더 이방성 전도 필름(ACF)의 경우 종래의 솔더 이방성 전도 필름(ACF)과 비교하여 접속 공정 후 같은 젖음 면적을 구현할 때, 약 1/10 수준의 도전 입자의 양을 함유해도 되는 것으로 결론을 내릴 수 있다.
이는, 다른 실시예에 따른 솔더 도전 입자를 함유한 폴리아크릴로나이트릴 고정 폴리머 층(PAN APL) 솔더 이방성 전도 필름(ACF)에서 높은 인장강도 값을 지니는 고정 폴리머 층(APL)의 구조가 접속 공정 시 발생하는 레진의 흐름에 따른 도전 입자의 유동을 강하게 억제한 증거이며, 매우 적은 양의 도전 입자로 안정적인 특성을 나타낼 수 있음을 보여준다.
도 10은 다른 실시예에 따른 솔더 입자를 함유한 고정 폴리머 층을 포함하는 이방성 전도 필름의 접촉저항을 설명하기 위한 그래프이다.
이방성 전도 필름(ACF)의 접속 공정 후, 접촉저항을 측정한 결과 도 8과 같이 종래의 솔더 이방성 전도 필름(ACF)와 다른 실시예에 따른 폴리아크릴로나이트릴 고정 폴리머 층(PAN APL) 솔더 이방성 전도 필름(ACF) 모두 비슷한 접촉저항을 나타낸다. 이는, 접속 공정 후 두 개의 이방성 전도 필름(ACF) 모두 같은 면적의 솔더 젖음이 구현되었으며, 도 10과 같이 접속 공정 후 두 전극 간 거리(joint gap size)가 동일하기 때문이다.
도 11은 다른 실시예에 따른 접속 공정 후 조인트 형상을 나타내는 도면이다.
도 11a를 참조하면 종래의 솔더 이방성 전도 필름(ACF)의 접속 공정 후 조인트 형상을 나타내며, 도 11b를 참조하면 다른 실시예에 따른 폴리아크릴로나이트릴 고정 폴리머 층(PAN APL) 솔더 이방성 전도 필름(ACF)의 접속 공정 후 조인트 형상을 나타낸다.
도 12는 일 실시예에 따른 도전 입자의 이동을 제한하는 폴리머 층이 포함된 이방성 전도 필름의 제조 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 12를 참조하면, 일 실시예에 따른 도전 입자의 이동을 제한하는 폴리머 층이 포함된 이방성 전도 필름의 제조 방법은 폴리머와 용매를 일정 비율로 섞어 폴리머를 용해시키는 단계(1210), 용해된 폴리머 용액에 다수의 도전 입자들을 믹싱하여 도전 입자의 이동을 제한하는 폴리머 용액을 형성하는 단계(1220), 및 상기 다수의 도전 입자들이 믹싱된 상기 도전 입자의 이동을 제한하는 폴리머 용액을 롤-투-롤(Roll-to-Roll) 코팅하여 도전 입자의 이동을 제한하는 폴리머 층을 제조하는 단계(1230)를 포함하여 이루어진다.
그리고 폴리머 층의 상부 및 하부에 비전도성 접착 필름(NCF)으로 이루어진 접착제 층을 라미네이션하여 접착성을 부여하는 단계(1240)를 더 포함하여 이루어질 수 있다.
또한 폴리머 층 내에 배치된 다수의 도전 입자들의 상부 및 하부를 감싸고 있는 폴리머 스킨 층을 제거하여, 상부 전극 및 하부 전극의 사이를 전도성의 도전 입자가 연결하여 전기적 접속을 형성하는 단계(1250)를 더 포함할 수 있다.
여기에서 폴리머 층은 접속 공정에 의한 레진의 흐름의 발생 시 다수의 도전 입자들을 포획하여 이동을 제한할 수 있다.
아래에서 일 실시예에 따른 도전 입자의 이동을 제한하는 폴리머 층이 포함된 이방성 전도 필름의 제조 방법의 각 단계에 대해 하나의 예를 들어 더 구체적으로 설명한다.
일 실시예에 따른 도전 입자의 이동을 제한하는 폴리머 층이 포함된 이방성 전도 필름의 제조 방법은 도 1 내지 도 11에서 설명한 도전 입자의 이동을 제한하는 폴리머 층이 포함된 이방성 전도 필름을 제조하기 위해 사용될 수 있으며, 예컨대 이방성 전도 필름의 제조 시스템에 의해 구현될 수 있다.
단계(1210)에서, 폴리머와 용매를 일정 비율로 섞어 폴리머를 용해시킬 수 있다. 이 때 폴리머의 함량은 7wt% 이상이며, 7wt% 미만으로 용해시킬 경우 필름으로 제작되는 과정 중 하나인 건조 과정 시 필름으로 제작되지 않는다.
단계(1220)에서, 용해된 폴리머 용액에 다수의 도전 입자들을 믹싱하여 도전 입자의 이동을 제한하는 폴리머 용액을 형성할 수 있다. 이 때 다수의 도전 입자들이 믹싱된 폴리머 용액에 다수의 도전 입자들을 분산 배치시킬 수 있다.
단계(1230)에서, 다수의 도전 입자들이 믹싱된 상기 도전 입자의 이동을 제한하는 폴리머 용액을 롤-투-롤(Roll-to-Roll) 코팅하여 도전 입자의 이동을 제한하는 폴리머 층을 제조할 수 있다. 여기에서 폴리머 층은 접속 공정에 의한 레진의 흐름의 발생 시 다수의 도전 입자들을 포획하여 이동을 제한할 수 있다.
더 구체적으로 다수의 도전 입자들이 믹싱된 상기 도전 입자의 이동을 제한하는 폴리머 용액을 롤-투-롤(Roll-to-Roll) 필름 코터 입구에 주입한 후 롤이 일정속도로 회전하게 하여 폴리머 용액이 두 롤 사이의 좁은 갭을 통과하도록 할 수 있다. 이 후 건조 구간을 거치면서 용매가 증발하여 도전 입자의 이동을 제한하는 폴리머 층이 제조될 수 있다. 폴리머 층은 다수의 도전 입자들의 사이를 연결하여 접속 공정에 의한 레진의 흐름의 발생 시 다수의 도전 입자들의 유동을 제한하는 인장응력을 갖는 폴리머(polymer)로 이루어질 수 있다.
그리고, 다수의 도전 입자들은 솔더(solder)로 이루어지거나 솔더가 포함되는 도전 입자로 이루어질 수 있다. 폴리머 층은 솔더로 이루어지거나 솔더가 포함되는 도전 입자로 이루어지는 다수의 도전 입자들이 분산 배치되어, 접속 공정에 의한 레진의 흐름의 발생 시 다수의 도전 입자들을 포획하여 이동을 제한할 수 있다.
단계(1240)에서 도전 입자의 이동을 제한하는 폴리머 층의 제조 후, 폴리머 층의 상부 및 하부에 비전도성 접착 필름(NCF)으로 이루어진 접착제 층을 라미네이션하여 접착성을 부여할 수 있다.
단계(1250)에서, 폴리머 층 내에 배치된 다수의 도전 입자들의 상부 및 하부를 감싸고 있는 폴리머 스킨 층을 제거하여, 상부 전극 및 하부 전극의 사이를 전도성의 도전 입자가 연결하여 전기적 접속을 형성할 수 있다.
이 때, 수직방향 초음파 접속 공정을 통해 다수의 도전 입자들의 상부 및 하부를 감싸고 있는 폴리머 층의 폴리머 스킨 층을 제거할 수 있다.
실시예들에 따르면 다양한 열가소성 폴리머를 기반으로 한 금속 도전 입자를 함유한 고정 폴리머 층(APL)을 이용한 이방성 전도 필름(ACF)과 도전 입자의 이동을 제한하는 폴리머 층이 포함된 이방성 전도 필름의 접속 공정을 진행할 때 수직방향 초음파를 이용하여 도전 입자를 둘러싸고 있는 폴리머 스킨 층을 제거하여 우수한 전기 접속을 형성할 수 있다.
이는, 기존의 폴리머로 둘러 쌓인 도전 입자를 노출시키기 위한 고가의 플라즈마 에칭 방법과 비교하여 접속 공정 중 수직방향 초음파를 발생시켜 도전 입자를 폴리머로부터 노출시키며 동시에 접속을 가능하게 한다.
이러한 도전 입자의 움직임을 근본적으로 억제하는 폴리머 층을 포함하는 이방성 전도 필름(ACF)의 경우 종래의 이방성 전도 필름(ACF)에 비해 완전히 다른 새로운 구조이며, 도전 입자의 움직임을 억제하는 역할을 고가의 나노파이버 등에 국한하지 않고 재료, 형태 및 제작 방식의 제한 없이 도전 입자의 움직임을 더욱 억제시킬 수 있다.
더욱이, 사용되는 폴리머 재료의 선택폭이 넓고, 고가의 플라즈마 에칭 공정을 통하지 않고 접속 공정 중에서 발생하는 수직방향 초음파를 통해 저가의 공정을 가능하게 한다.
극미세 피치 어셈블리를 지닌 디스플레이는 TV는 물론 노트북, 휴대폰, 게임기, ATM기 등 가전제품과 산업용 IT 기기에 장착되어 계속적으로 성장하고 있으며 산업전반에 파급효과가 큰 산업분야로 이러한 디스플레이 및 반도체 패키징(packaging) 제품에 필수로 사용되어야 하는 이방성 전도 필름(ACF) 또한 꾸준히 성장세를 보이고 다른 분야로까지 확대 적용되고 있는 상황이다. 고정 폴리머 층(APL) 이방성 전도 필름(ACF) 제품은 극미세 피치의 대형/중소형 LCD(Liquid Crystal Display)/OLED(Organic Light Emitting Diode) 평판 디스플레이의 칩 온 글래스(Chip on Glass, COG), 칩 온 플렉스(Chip on Flex, COF), 칩 온 패키징(Chip on Packaging, COP)에 광범위하게 적용 가능하다. 뿐만 아니라 도전 입자의 종류만 바꾸어 준다면, 매년 고화질의 카메라의 화소수를 높이기 위한 CCD-CMOS 카메라 모듈 접속분야와 UHD 이상의 화질을 요구하는 VR(Virtual Reality)용 OLED에 적용 가능하고, 또한 고 신뢰성이 보장된 도전 입자의 이동을 제한하는 폴리머 층이 포함된 이방성 전도 필름의 경우 웨어러블 전자 기기에 적용도 가능하다.
특히, 대형 박형 TV, 노트북 및 스마트폰 등의 전자기기의 수요가 늘어나고, 또한 게임기, 차량 내비게이션, 자동차 등의 중소형 디스플레이에서도 이방성 전도 필름(ACF)의 수요가 늘어남에 따라 이방성 전도 필름(ACF) 시장은 2010년 이후 5~6%대의 꾸준한 성장을 보이고 있다. 그러나 이방성 전도 필름(ACF)는 디스플레이 부품에 사용되는 소재로 단가 인하 압력이 심하기 때문에 최종 디스플레이 수요가 증대하더라도 이방성 전도 필름(ACF) 성장 폭은 낮게 나타나 규모의 경제 진입 장벽이 나타나는 상황이다.
실시예들에 따르면 고강도 얇은 폴리머 필름을 사용하여 도전 입자의 움직임을 최대한 억제하여 극미세 피치 어플리케이션에서 발생할 수 있는 전기적 단락 및 높은 접촉저항 문제점을 해결할 수 있다. 이는, 기존 일본의 미세피치용 이방성 전도 필름(ACF)와 완전히 차별화된 기술로 기존 일본의 특허보다 진보한 원천 특허 기술이다.
도 15는 종래의 롤-투-롤(Roll-to-Roll) 시스템 적용이 어려운 이방성 전도 필름(ACF)을 설명하기 위한 도면이다.
예컨대, 현재 이방성 전도 필름(ACF) 시장을 독점하고 있는 Hitachi Chemical과 Dexerials는 고정용 폴리머 층과 같은 특정 구조물을 이용한 도전 입자의 유동억제 및 응집 방지 시스템을 구현하지 못하고 있다. 도 15a에 도시된 바와 같이 Hitachi의 경우 도전 입자의 초분산에 집중하며, 도 15b에 도시된 바와 같이 Dexerials의 경우 도전 입자의 배열에 집중하고 있다. 하지만 두 회사 모두 롤-투-롤(Roll-to-Roll) 시스템의 적용이 어려워 대량 생산에 어려움을 겪고 있다.
이와 다르게, 본 실시예에 따른 도전 입자의 이동을 제한하는 폴리머 층이 포함된 이방성 전도 필름의 경우 롤-투-롤(Roll-to-Roll) 시스템으로 간단한 공정에 의해 제작이 가능하며, 상부 및 하부에 형성되는 비전도성 필름(NCF)과의 라미네이션 접합 역시 기존 산업에서 널리 사용되고 있는 롤 라미네이터를 이용 가능하다. 이에 따라 대량 생산에 쉽게 접목시킬 수 있는 혁신성이 있으며 장비 셋업 및 공정 최적화 과정에서 큰 비용을 절감할 수 있다. 따라서 고성능의 도전 입자의 이동을 제한하는 폴리머 층이 포함된 이방성 전도 필름을 저렴한 가격으로 공급하여 국내 전자재료 기업들에게 새로운 성장동력을 제공할 수 있으며, 그동안 독과점 형태로 시장을 장악한 Hitachi Chemical과 Dexerials의 시장 점유율을 상당 부분 가져 올 수 있을 것이라 예상된다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 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 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (22)

  1. 다수의 도전 입자들을 포함하는 이방성 전도 필름(Anisotropic Conductive Film, ACF)의 제조 방법에 있어서,
    폴리머와 용매를 일정 비율로 섞어 상기 폴리머를 용해시키는 단계;
    용해되어 형성된 폴리머 용액에 다수의 도전 입자들을 믹싱하여 다수의 도전 입자들이 믹싱된 폴리머 용액을 형성하는 단계;
    상기 다수의 도전 입자들이 믹싱된 폴리머 용액을 이형지(release paper) 및 리시빙 롤(receiving roll)을 통해 이동시키면서 롤-투-롤(Roll-to-Roll) 코팅을 위한 롤과 롤 사이를 통과시키고 건조시켜 도전 입자의 이동을 제한하는 접착성이 없는 열가소성 폴리머로 이루어지는 폴리머 층을 제조하는 단계;
    상기 폴리머 층의 상부에 제1 비전도성 접착 필름을, 상기 폴리머 층의 하부에 제2 비전도성 접착 필름을, 상기 제1 비전도성 접착 필름의 상부에 제3 비전도성 접착 필름을 두고, 제3 비전도성 접착 필름, 제1 비전도성 접착 필름, 폴리머 층 및 제2 비전도성 접착 필름의 순서로 적층된 필름들을 롤 라미네이터를 이용하여 롤과 롤 사이를 통과시켜 라미네이션하여 상기 폴리머 층, 상기 제1 비전도성 접착 필름 및 상기 제2 비전도성 접착 필름으로 형성되고, 제3 비전도성 접착 필름이 접착된 이방성 전도 필름을 제조하는 단계 - 상기 제1 비전도성 접착 필름 및 상기 제2 비전도성 접착 필름은 상기 제3 비전도성 접착 필름에 비해 상대적으로 고점도(high viscosity)와 작은 두께를 가짐 -; 및
    상기 이방성 전도 필름을 상부 전극과 하부 전극 사이에 배치하여 열압착하는 접속 공정에서 상기 비전도성 접착 필름의 레진 흐름의 발생 시, 상기 레진 흐름에 상관없이 상기 다수의 도전 입자들의 유동을 제한하는 인장응력을 갖는 폴리머(polymer)로 이루어지는 상기 폴리머 층에서 상기 다수의 도전 입자들의 상부 및 하부를 감싸고 있는 폴리머 스킨 층이 수직방향 초음파 접속을 통해 제거되어 상기 상부 전극 및 상기 하부 전극의 사이를 도전 입자가 연결하여 상기 상부 전극과 상기 하부 전극 사이의 전기적 접속을 형성하는 단계 - 상기 수직방향 초음파 접속은 상기 상부 전극의 상부 기판상에 배치되는 초음파 호른(Ultrasonic Horn)을 이용하여 압착과 동일한 방향인 상부에서 하부의 수직방향으로 이루어짐 -;
    를 포함하고,
    상기 폴리머 층은,
    상기 접속 공정에서 상기 열압착에 의한 레진의 흐름의 발생 시 상기 다수의 도전 입자들을 포획하여 이동을 제한하는 것을 특징으로 하는 이방성 전도 필름 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 다수의 도전 입자는 솔더(solder)로 이루어지거나 또는 솔더를 포함하는 도전 입자를 포함하는 것을 특징으로 하는 이방성 전도 필름 제조 방법.
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