KR102207299B1 - 이방 도전성 필름, 이를 포함하는 디스플레이 장치 및／또는 이를 포함하는 반도체 장치 - Google Patents

이방 도전성 필름, 이를 포함하는 디스플레이 장치 및／또는 이를 포함하는 반도체 장치 Download PDF

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Abstract

도전층 및 절연층이 순차적으로 적층되는 이방 도전성 필름이고, 상기 도전층은 도전성 입자를 포함하고, 상기 도전층의 두께는 상기 도전성 입자 중 적어도 어느 하나의 평균 입경보다 작고, 상기 도전층의 경화율은 85% 내지 95%인 것인, 이방 도전성 필름, 이를 포함하는 디스플레이 장치 및/또는 이를 포함하는 반도체 장치가 제공된다.

Description

이방 도전성 필름, 이를 포함하는 디스플레이 장치 및／또는 이를 포함하는 반도체 장치{ANISOTROPIC CONDUCTIVE FILM, DISPLAY DEVICE COMPRISING THE SAME AND／OR SEMICONDUCTOR DEVICE COMPRISING THE SAME}
본 발명은 이방 도전성 필름, 이를 포함하는 디스플레이 장치 및/또는 이를 포함하는 반도체 장치에 관한 것이다.
이방 도전성 필름은 도전성 입자를 에폭시 수지 등에 분산시킨 필름 형상의 접착제를 말한다. 이방 도전성 필름은 필름의 막 두께 방향으로는 도전성을 띄고, 면 방향으로는 절연성을 띄는 전기 이방성 및 접착성을 갖는 고분자 막이다. 접속시키고자 하는 회로 사이에 이방 도전성 필름을 위치시킨 후 일정 조건의 가열 및 가압을 거치면, 회로 단자들 사이는 도전성 입자에 의해 전기적으로 접속되고, 인접하는 전극 사이에는 절연성 접착 수지가 충진되어 도전성 입자가 서로 독립하여 존재하게 됨으로써 높은 절연성을 부여하게 된다.
최근 디스플레이 패널의 박형화, 고 해상도화가 진행됨에 따라 최소 접속 면적에 최대의 도전성 입자를 포착시키는 기술이 연구되어 왔다. 도전성 입자의 포착률을 향상시키기 위하여 도전층 내 도전성 입자의 밀도를 증가시키거나, 비 도전성인 무기 입자를 과량 포함함으로써 도전층 중 유체의 흐름을 억제시키는 방법이 연구되어 왔다. 이 경우 유체의 흐름이 없어 쇼트(short)를 대비할 수 없는 단점이 있다.
이방 도전성 필름에서 도전층 위에 절연층이 위치하게 된다. 이러한 구조의 이방 도전성 필름으로 칩 실장을 하게 되면 칩의 범프가 비도전층을 누르며 절연층이 흐름성을 띄게 되고, 도전층과 함께 흐름을 갖게 된다. 이런 구조의 문제점은 도전층이 절연층과 함께 흐르면서 도전성 입자의 뭉침이 생겨나 절연 특성이 안 좋아지거나 빠짐이 생기기도 한다. 이러한 문제점을 극복하기 위해 종래 도전층 내에 비도전성 입자를 과량 투입하여 도전층의 움직임을 제한하여 절연층의 움직임과 별개로 움직이도록 설계를 하는 경우가 많았다. 하지만, 이 경우 도전성 입자의 포착률은 상승하지만 도전층 내 비도전성의 무기 입자의 영향으로 접속 저항이 높아지는 문제점이 발생했다.
본 발명의 목적은 도전성 입자가 균일하게 분산되어 있고, 도전성 입자의 포착률이 우수하며, 접속 저항이 낮고, 신뢰성 후 접속 저항이 개선된 이방 도전성 필름을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 절연 저항이 높은 이방 도전성 필름을 제공하는 것이다.
본 발명의 이방 도전성 필름은 도전층 및 절연층이 순차적으로 적층되는 이방 도전성 필름이고, 상기 도전층은 도전성 입자를 포함하고, 상기 도전층의 두께는 상기 도전성 입자 중 적어도 어느 하나의 평균 입경보다 작고, 상기 도전층의 경화율은 85% 내지 95%가 될 수 있다.
본 발명의 디스플레이 장치 및/또는 반도체 장치는 본 발명의 이방 도전성 필름을 포함할 수 있다.
본 발명은 도전성 입자가 균일하게 분산되어 있고, 도전성 입자의 포착률이 우수하며, 접속 저항이 낮고 신뢰성 후 접속 저항이 개선된 이방 도전성 필름을 제공하였다.
본 발명은 절연 저항이 높은 이방 도전성 필름을 제공하였다.
도 1은 본 발명 일 실시예의 이방 도전성 필름의 개략적인 단면도이다.
첨부한 도면을 참조하여, 본 발명의 실시예들을 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 본 출원에 개시된 기술은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 단지, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록, 그리고 당업자에게 본 출원의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 도면에서 각 장치의 구성 요소를 명확하게 표현하기 위하여 상기 구성 요소의 폭이나 두께 등의 크기를 다소 확대하여 나타내었다.
본 명세서에서 도전층의 "경화율"은 도전층용 조성물에 대한 B stage 경화율을 의미한다. 경화율은 하기 식 A로 측정한다. 도전층용 조성물을 도포하고 70℃의 열풍 순환식 오븐에서 5분간 용매를 휘발시킨 후 얻은 도전층용 도막의 DSC 곡선 면적(A0)을 측정하고, 상기 도전층용 도막을 경화시켜 얻은 도전층의 DSC 곡선 면적(A1)을 측정하고 하기 식 A로 구할 수 있다:
[식 A]
경화율(%) = [(A0 - A1) / A0] × 100
구체적으로, 상기 면적(A0)은 용매를 휘발시킨 건조 공정만 거친 도전층의 반응이 시작되는 온도와 반응이 끝나는 시점의 온도까지를 x축으로 보았을 때 상기 x축과 DSC 상 heat flow 곡선에 의해 만들어지는 닫힌 공간 내 면적을 말한다.
본 명세서에서 도전층의 "도전성 입자의 표면 돌출 비율"은 도전층 중 도전성 입자의 전체 함량에 대하여 도전층의 표면으로부터 적어도 일부분이 돌출된 도전성 입자의 함량에 대한 비율의 퍼센트 값이다. 도전성 입자의 표면 돌출 비율은 광학 현미경으로 도전층 표면을 확대하여 측정할 수 있다.
본 명세서에서 "평균 입경"은 D50을 의미한다. D50은 입자의 입경을 측정하고 입경에 따른 질량의 누적 곡선을 그렸을 때 통과 질량 백분율이 50중량%에 해당되는 입경을 의미한다. 입자의 입경은 입도 분석계를 사용하여 측정할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다.
본 발명의 일 실시예의 이방 도전성 필름을 도 1을 참고하여 설명한다. 도 1은 본 발명 일 실시예의 이방 도전성 필름의 개략적인 단면도이다.
도 1을 참조하면, 이방 도전성 필름(100)은 도전층(110), 도전층(110)에 직접적으로 형성된 절연층(120)을 포함할 수 있다. 도전층(110)은 도전성 입자(130)를 포함하고, 도전성 입자 중 적어도 하나의 평균 입경은 도전층(110)의 두께보다 크고, 도전층(110)의 경화율은 85% 내지 95%가 될 수 있다.
이방 도전성 필름은 도전성 입자 중 적어도 하나의 평균 입경을 도전층의 두께보다 크게 함으로써 도전성 입자의 일부 또는 전부가 도전층의 일측 표면 또는 양측 표면으로부터 돌출되어 있다. 따라서, 이방 도전성 필름을 열 및/또는 압력에 의해 피접속 부재와 압착시켰을 때 도전성 입자와 피접속 부재 간의 접속을 좋게 할 수 있다.
이방 도전성 필름은 도전층의 경화율을 85% 내지 95%가 되도록 함으로써, 이방 도전성 필름을 열 및/또는 압력에 의해 경화시켰을 때 도전층의 수지가 도전성 입자의 Z 축면으로 덮이지 않도록 하고 도전층 중 도전성 입자의 유동을 억제하여 무 유동 상태로 만듦으로써, 접속 저항의 증가와 쇼트 발생을 억제할 수 있다. 또한, 도전층으로부터 절연층이 박리되는 현상을 막을 수 있다.
종래에는 비도전성 입자를 과량 사용함으로써 도전층의 최저 용융점도를 높여 도전성 입자의 유동을 억제하였다. 이 경우 도전성 입자의 포착률이 약 40%가 되었다. 그러나, 본원 발명의 이방 도전성 필름은 비도전성 입자를 소량 사용하면서도 도전층의 경화율을 제어하여 비도전성 입자로 인한 접속 저항의 증가를 막으면서 도전성 입자를 무 유동 상태로 하여 도전성 입자의 포착률을 70% 이상, 바람직하게는 75% 내지 95%까지 상승시킬 수 있다.
또한, 이방 도전성 필름은 도전층을 위한 도막에서 도전성 입자를 균일하게 분산시킨 후 경화율을 85% 내지 95%로 올림으로써 경화 전부터 도전층의 최저 용융점도를 높임으로 인하여 발생할 수 있는 도전성 입자가 뭉쳐지거나 분산성이 떨어지게 되는 가능성을 막아 도전층 내 도전성 입자의 균일한 분산과 도전성 입자의 유동성 억제를 동시에 얻을 수 있다.
구체적으로, 도전층의 경화율은 90% 내지 95%가 될 수 있다. 상기 범위에서, 접속 저항을 낮추고, 도전성 입자의 입자 포착률을 더 높일 수 있다. 도전층의 경화율은 도전층용 조성물로 도포하여 소정 두께로 도전층용 도막을 형성한 후 경화 온도 및 경화 시간을 조절하여 얻을 수 있다. 이에 대해서는 하기에서 상술한다.
도전층 중 도전성 입자의 표면 돌출 비율은 90% 이상, 바람직하게는 90% 내지 98%가 될 수 있다. 상기 범위에서, 접속 구조체와 도전성 입자 간의 접속이 좋아서 접속 저항이 낮아지고, 신뢰성 평가 후의 접속 저항도 낮아질 수 있다. 도전성 입자의 표면 돌출 비율은 도전성 입자의 평균 입경을 도전층의 도막 두께 대비 크게 하고, 경화율을 조절함으로써 얻을 수 있다. 이에 대해서는 하기에서 상술한다.
도전성 입자는 도전층 중 20 중량% 내지 60 중량%, 바람직하게는 20 중량% 내지 50 중량%, 더 바람직하게는 20 중량% 내지 40 중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위에서, 도전성 입자가 피접속 부재 간에 용이하게 압착되어 접속 신뢰성을 확보할 수 있고, 통전성을 높여 접속 저항을 감소시킬 수 있다.
도전층은 비도전성 입자를 포함할 수도 있다. 비도전성 입자는 도전층 중 10 중량% 이하, 바람직하게는 1 중량% 내지 10 중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위에서, 비도전성 입자의 과량 사용으로 인한 접속 저항 증가를 막을 수 있다.
도전층은 도막 두께가 3㎛ 이하, 바람직하게는 0.1㎛ 내지 3㎛이고, 도전성 입자의 평균 입경은 1㎛ 내지 20㎛, 바람직하게는 1㎛ 내지 5㎛가 될 수 있다. 상기 범위에서, 접속 구조체와 도전성 입자의 접속을 좋게 할 수 있다.
도전층 중 도전성 입자의 평균 입경은 비도전성 입자의 평균 입경 대비 클 수 있다. 이러한 경우, 비도전성 입자가 도전성 입자의 표면 돌출을 방해하지 않아서 접속 저항을 낮출 수 있다.
절연층은 비도전성 입자를 절연층 중 20 중량% 이하, 예를 들면 1 중량% 내지 20 중량%로 포함할 수 있다. 상기 범위에서, 상대적으로 비도전성 입자를 소량 포함하는 도전층과 절연층의 압착 시 흐름을 분리함으로써 도전성 입자의 접속 구조체와의 접속을 좋게 할 수 있다.
절연층은 도막 두께가 20㎛ 이하, 바람직하게는 1㎛ 내지 20㎛가 될 수 있다. 상기 범위에서, 접속 신뢰성과 절연 신뢰성을 유지하는 효과가 있을 수 있다.
절연층은 도막 두께가 도전층 대비 클 수 있다. 이를 통해, 박층의 도전층이 적층되더라도 이방 도전성 필름을 안정적으로 유지하고, 접속 후 인접 회로 간에 수지가 충분히 충진되어 양호한 절연성과 접착성을 확보할 수 있다.
이하, 도전층과 절연층에 대해 상세히 설명한다.
도전층은 바인더 수지, 에폭시 수지, 경화제, 도전성 입자, 비도전성 입자를 포함하는 도전층용 조성물로 형성될 수 있다. 절연층은 바인더 수지, 에폭시 수지, 경화제, 비도전성 입자를 포함하는 절연층용 조성물로 형성될 수 있다.
바인더 수지
바인더 수지는 특별히 제한되지 아니하며, 당해 기술 분야에서 통상적으로 사용하는 수지를 사용할 수 있다. 바인더 수지의 비 제한적인 예로는 폴리이미드 수지, 폴리아미드 수지, 페녹시 수지, 폴리메타크릴레이트 수지, 폴리아크릴레이트 수지, 폴리우레탄 수지, 아크릴레이트 변성 우레탄 수지, 폴리에스테르 수지, 폴리에스테르우레탄 수지, 폴리비닐부티랄 수지, 스타이렌-부티렌-스타이렌(SBS) 수지 및 에폭시 변성체, 스타이렌-에틸렌-부틸렌-스타이렌 (SEBS) 수지 및 그 변성체, 또는 아크릴로니트릴 부타디엔 고무(NBR) 및 그 수소화체 등을 들 수 있다. 바인더 수지는 단독으로 사용되거나 2종 이상 혼합하여 사용될 수 있다. 바람직하게는, 바인더 수지는 페녹시 수지, 더 바람직하게는 바이페닐 플루오렌형 페녹시 수지를 사용할 수 있다.
바인더 수지는 고형분 기준 도전층용 조성물 중 10 중량% 내지 75 중량%, 바람직하게는 30 중량% 내지 60 중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위에서, 이방 도전성 필름의 막 형성이 잘 되고, 접속 신뢰성이 좋은 효과가 있을 수 있다.
바인더 수지는 고형분 기준 절연층용 조성물 중 10 중량% 내지 75 중량%, 바람직하게는 30 중량% 내지 60 중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위에서, 이방 도전성 필름의 막 형성이 잘 되고, 접속 신뢰성이 좋은 효과가 있을 수 있다.
에폭시 수지
에폭시 수지는 비스페놀형, 노볼락형, 글리시딜형, 지방족 및 지환족으로 이루어진 군으로부터 선택된 에폭시 모노머, 에폭시 올리고머 및 에폭시 폴리머를 하나 이상 포함할 수 있다. 이러한 에폭시 수지로는 종래 알려진 에폭시계 중 비스페놀형, 노볼락형, 글리시딜형, 지방족, 지환족 등의 분자 구조 내에서 선택될 수 있는 1종 이상의 결합 구조를 포함하는 물질이면 특별한 제한 없이 사용할 수 있다.
상온에서 고상인 에폭시 수지와 상온에서 액상인 에폭시 수지를 병용할 수 있으며, 여기에 추가적으로 가요성 에폭시 수지를 병용할 수 있다. 상온에서 고상인 에폭시 수지로서는 페놀 노볼락(phenol novolac)형 에폭시 수지, 크레졸 노볼락(cresol novolac)형 에폭시 수지, 디사이클로 펜타디엔(dicyclo pentadiene)을 주 골격으로 하는 에폭시 수지, 비스페놀(bisphenol) A형 혹은 F형의 고분자 또는 변성한 에폭시 수지 등을 들 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.
상온에서 액상의 에폭시 수지로는 비스페놀 A형 혹은 F형 또는 혼합형 에폭시 수지 등을 들 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 가요성 에폭시 수지의 비 제한적인 예로는 다이머산(dimer acid) 변성 에폭시 수지, 프로필렌 글리콜(propylene glycol)을 주골격으로 한 에폭시 수지, 우레탄(urethane) 변성 에폭시 수지 등을 들 수 있다.
이외에도 방향족 에폭시 수지로 나프탈렌계, 안트라센계, 피렌계 수지로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
에폭시 수지는 고형분 기준 도전층용 조성물 중 1 중량% 내지 40 중량%, 바람직하게는 10 중량% 내지 30 중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위에서, 이방 도전성 필름의 필름 형성력과 접착력이 우수하고, 절연 신뢰성을 개선할 수 있는 효과가 있을 수 있다.
에폭시 수지는 고형분 기준 절연층용 조성물 중 20 중량% 내지 60 중량%, 바람직하게는 30 중량% 내지 60 중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위에서, 이방 도전성 필름의 필름 형성력과 접착력이 우수하고, 절연 신뢰성을 개선할 수 있는 효과가 있을 수 있다.
경화제
경화제는 상기 바인더 수지를 경화시켜 이방 도전 필름을 형성할 수 있는 것이라면 특별한 제한 없이 사용할 수 있다. 경화제의 비 제한적인 예로 산무수물계, 아민계, 암모늄계, 이미다졸계, 이소시아네이트계, 아미드계, 히드라지드계, 페놀계, 양이온계 등을 사용할 수 있으며, 이들은 단독 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다. 또한, 경화제의 형태는 마이크로 캡슐 형상을 가질 수도 있다.
경화제는 고형분 기준 도전층용 조성물 중 1 중량% 내지 30 중량%, 바람직하게는 1 중량% 내지 20 중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위에서, 이방 도전성 필름의 경도가 지나치게 높아져 접착력이 저하되는 것을 방지하고, 잔류 경화제에 의한 안정성 저하와 신뢰성 저하를 방지할 수 있다.
경화제는 고형분 기준 절연층용 조성물 중 1 중량% 내지 30 중량%, 바람직하게는 1 중량% 내지 20 중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위에서, 이방 도전성 필름의 경도가 지나치게 높아져 접착력이 저하되는 것을 방지하고, 잔류 경화제에 의한 안정성 저하와 신뢰성 저하를 방지할 수 있다.
도전성 입자
도전성 입자는 당해 기술 분야에서 통상적으로 사용하는 도전 입자를 사용할 수 있다. 도전성 입자의 비 제한적인 예로는 Au, Ag, Ni, Cu, 땜납 등을 포함하는 금속 입자; 탄소; 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에스테르, 폴리스타이렌, 폴리비닐알코올 등을 포함하는 수지 및 그 변성 수지를 입자로 하여 Au, Ag, Ni 등을 포함하는 금속으로 도금 코팅한 입자; 그 위에 절연 입자를 추가로 코팅한 절연화 처리된 도전성 입자 등을 들 수 있다. 이들은 단독으로 사용되거나 2 종 이상 혼합하여 사용될 수 있다.
비도전성 입자
비도전성 입자는 절연성을 제공하는 절연 입자를 포함할 수 있다. 절연 입자로는 무기 입자, 유기 입자 또는 유/무기 혼합형 입자를 사용할 수 있다. 무기 입자의 비 제한적인 예로, 실리카(SiO2), Al2O3, TiO2, ZnO, MgO, ZrO2, PbO, Bi2O3, MoO3, V2O5, Nb2O5, Ta2O5, WO3 또는 In2O3 등을 들 수 있다.
본 발명에서는 구체적으로 실리카를 사용할 수 있다. 상기 실리카는 졸겔법, 침전법 등 액상법에 의한 실리카, 화염산화(flame oxidation)법 등 기상법에 의해 생성된 실리카일 수 있으며, 실리카겔을 미분쇄한 비분말 실리카를 사용할 수도 있고, 건식 실리카(fumed silica), 용융 실리카(fused silica)를 사용할 수도 있으며 그 형상은 구형, 파쇄형, 에지리스(edgeless)형 등일 수 있으며, 이에 제한되지 않는다.
도전층 중 비도전성 입자는 평균 입경이 1nm 내지 1,000nm, 바람직하게는 1nm 내지 100nm, 1nm 내지 20nm, 1nm 내지 15nm가 될 수 있다. 상기 범위에서, 도전성 입자와 단자 간의 접속을 방해하지 않으면서 접속 저항 증가를 막는 효과가 있을 수 있다.
절연층 중 비도전성 입자는 평균 입경이 10nm 내지 1,000nm, 바람직하게는 20nm 내지 100nm가 될 수 있다. 상기 범위에서, 이방 도전성 필름의 인식성을 좋게 하고 접속 신뢰성을 높일 수 있다.
도전층 및 절연층은 각각 바인더 대비 도전성 입자 또는 비도전성 입자 간의 화학적 결합으로 인한 접착력을 증진시키기 위해 실란 커플링제를 더 포함할 수 있다.
실란 커플링제
실란 커플링제는 당해 기술 분야에서 통상 사용되는 것이면 그 종류가 특별히 제한되지 아니한다. 실란 커플링제의 비 제한적인 예로는, 에폭시가 함유된 2-(3,4-에폭시사이클로헥실)-에틸트리메톡시실란, 3-글리시독시트리메톡시실란, 3-글리시독시프로필트리에톡시실란, 아민기가 함유된 N-2(아미노에틸)3-아미토프로필메틸디메톡시실란, N-2(아미노에틸)3-아미노프로필트리메톡시실란, N-2(아미노에틸)3-아미노프로필트리에톡시실란, 3-아미노프로필트리메톡시실란, 3-아미노프로필트리에톡시실란, 3-트리에톡시실릴-N-(1,3-디메틸뷰틸리덴)프로필아민, N-페닐-3-아미노프로필트리메톡시실란, 머캅토가 함유된 3-머캅토프로필메틸디메톡시실란, 3-머캅토프로필트리에톡시실란, 이소시아네이트가 함유된 3-이소시아네이트프로필트리에톡시실란 등을 들 수 있다. 이들을 단독 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
실란 커플링제는 고형분 기준 도전층용 조성물 중 0.01 중량% 내지 10 중량%, 바람직하게는 0.1 중량% 내지 5 중량%로 포함될 수 있다. 실란 커플링제는 고형분 기준 절연층용 조성물 중 0.01 중량% 내지 10 중량%, 바람직하게는 0.1 중량% 내지 5 중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위에서, 우수한 접착 신뢰성을 얻을 수 있다.
첨가제
도전층 및 절연층은 각각 이방 도전성 필름의 기본적인 물성을 저해하지 않으면서 필름에 부가적인 물성을 추가로 부여하기 위하여, 전술한 성분들 이외에 중합 방지제, 점착 부여제, 산화 방지제, 열 안정제, 경화 촉진제, 커플링제 등의 기타 첨가제를 추가로 함유할 수 있다. 상기 기타 첨가제의 첨가량은 필름의 용도나 목적하는 효과 등에 따라 다양할 수 있으며, 그 함량은 특별히 제한되지 아니한다.
본 발명의 이방 도전성 필름을 제1 피접속 부재와 제2 피접속 부재 사이에 위치시키고, 50℃ 내지 70℃, 1 내지 2 초간 및 1 내지 2MPa 압력 조건 하의 가압착; 및 130℃ 내지 170℃, 5 내지 7 초간 및 50 내지 90MPa 압력 조건 하의 본압착 조건에서 압착한 후 측정한 도전성 입자의 포착률은 70% 이상, 바람직하게는 75% 내지 95%가 될 수 있다.
도전성 입자의 포착률은 압착 전후의 단자 상에 있는 도전성 입자의 수를 백분율로 나타낸 것이며, 이를 측정하는 비 제한적인 예는 다음과 같다: 압착 전 단자 상에 있는 도전성 입자의 개수(압착 전 도전성 입자의 개수)를 하기 수학식 1에 의해 산출한다.
[수학식 1]
압착 전 도전성 입자의 개수 = 도전층의 도전성 입자의 입자 밀도(개/mm2) × 단자의 면적(mm2)
또한, 압착 후 단자 상에 있는 도전성 입자의 개수(압착 후 도전성 입자의 개수)를 금속 현미경으로 카운트하여 측정한다. 하기의 수학식 2에 의해 도전성 입자의 포착률을 산출한다.
[수학식 2]
도전성 입자의 포착률 = (압착 후 도전성 입자의 개수/압착 전 도전성 입자의 개수) × 100(%)
상기 가압착 및 본압착 조건은 하기와 같다:
1) 가압착 조건: 60℃, 1초, 1MPa
2) 본압착 조건: 150℃, 5초, 70MPa
본 발명의 이방 도전성 필름을 제1 피접속 부재와 제2 피접속 부재 사이에 위치시키고, 50℃ 내지 70℃, 1 내지 2 초간 및 1 내지 2MPa 압력 조건 하의 가압착; 및 130℃ 내지 170℃, 5 내지 7 초간 및 50 내지 90MPa 압력 조건 하의 본압착 후, 85℃ 및 상대 습도 85%에서 100 시간 동안 방치한 후에 측정한 신뢰성 후의 접속 저항은 1Ω 이하일 수 있다. 상기 범위 내에서, 고온 고습 조건 하에서도 낮은 접속 저항을 유지할 수 있어 접속 신뢰성을 개선시킬 수 있다. 상기 신뢰성 후의 접속 저항이란, 전술한 가압착 및 본압착 후, 85℃ 및 상대 습도 85%의 조건 하에서 100 시간 동안 방치한 후의 접속 저항을 말한다. 상기 신뢰성 후의 접속 저항의 측정 방법은 특별히 제한되지 아니하며 당해 기술 분야에서 통상적으로 사용하는 방법에 따라 측정될 수 있다. 신뢰성 후의 접속 저항을 측정하는 방법의 비제한적인 예는 다음과 같다: 복수 개의 필름 시편을 가압착 및 본압착시킨 후, 온도 85℃ 및 상대 습도 85%의 조건 하에서 100 시간 동안 방치한 후, 시험 전류 1mA를 인가하여 각각의 접속 저항을 측정(Keithley社, 2000 Multimeter 이용, 4-probe 방식)한 후에 그 평균값을 계산하는 방식으로 측정한다.
상기 가압착 및 본압착 조건은 하기와 같다:
1) 가압착 조건: 60℃, 1초, 1MPa
2) 본압착 조건: 150℃, 5초, 70MPa
상기 범위에서 단자 상에 도전 입자가 충분히 위치하여 통전성이 개선되고 스페이스 부로의 도전 입자 유출을 감소시켜 단자 간 쇼트를 감소시킬 수 있다.
본 발명의 이방 도전 필름은 절연 저항이 109Ω 이상, 바람직하게는 109Ω 내지 1015Ω인 이방 도전성 필름일 수 있다.
본 발명의 이방 도전성 필름은 제1 피접속 부재가 형성된 제1 기판과 제2 피접속 부재가 형성된 제2 기판 사이에 이방 도전성 필름을 배치시키고, 가열 압착될 수 있다. 제1 기판은 LCD, PD 패널 등의 유리 기판이고, 전자 부품과 접속하기 위한 단자로서 제1 피접속 부재가 형성되어 있을 수 있다. 제2 피접속 부재는 예를 들어 FPC(flexible printed circuits), COF(chip on film), TCP(tape carrier package) 등이 될 수 있다.
본 발명의 이방 도전성 필름을 형성하는 방법은 특별히 제한되지 아니하며 당해 기술 분야에서 통상적으로 사용하는 방법을 사용할 수 있다. 이방 도전 필름을 형성하는 방법은 특별한 장치나 설비가 필요하지 아니하며, 바인더 수지를 유기 용제에 용해시켜 액상화한 후 나머지 성분을 첨가하여 일정 시간 교반하여 도전층용 조성물을 제공하고, 도전층용 조성물을 이형 필름 위에 소정의 두께로 도포한 다음, 80℃ 내지 130℃에서 5분 내지 10분 동안 경화시켜 도전층을 얻을 수 있다. 상기 범위에서, 본 발명의 경화율에 도달할 수 있다. 얻은 도전층 일면에 절연층용 조성물을 소정의 두께로 도포한 다음 건조하여 유기 용제를 휘발시킴으로써 이방 도전성 필름을 얻을 수 있다.
본 발명의 디스플레이 장치는 드라이버 회로; 패널; 및 본 발명의 일 예에 따른 이방 도전성 필름을 포함하고, 구체적으로 상기 패널은 액정표시(LCD) 패널인 액정디스플레이(LCD) 장치일 수 있다. 또한, 상기 패널은 유기발광다이오드(OLED) 패널인 유기발광다이오드 디스플레이(OLED) 장치일 수 있다.
본 발명의 디스플레이 장치를 제조하는 방법은 특별히 한정되지 아니하며, 당해 기술 분야에서 알려진 방법으로 수행될 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 양태에 따르면, 전술한 본 발명의 이방 도전 필름 중 어느 하나로 접속된 반도체 장치를 제공한다. 상기 반도체 장치는, 배선 기판; 반도체 칩을 포함할 수 있으며, 상기 배선 기판, 반도체 칩은 특별히 한정되지 아니하며, 당해 기술 분야에서 알려진 것을 사용할 수 있다. 상기 배선 기판에는 ITO 또는 금속 배선에 의해 회로 또는 전극들이 형성될 수 있으며, 상기 회로 또는 전극들과 대응되는 위치에 본 발명의 실시예들에 따른 이방 도전성 필름을 이용하여 IC 칩 등이 탑재될 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되지는 않는다.
실시예 1
도전층용 조성물의 제조
도전층용 조성물은 하기 표 1의 페녹시 수지, 에폭시 수지, 경화제, 도전성 입자, 비도전성 입자를 사용하여 하기 표 1의 함량(단위:중량부)으로 제조하였다.
페녹시 수지, 에폭시 수지를 하기 표 1의 함량으로 배합하여 C-믹서를 이용해 5분간 교반하고, 이후 경화제를 하기 표 1의 함량으로 투입한 후 추가로 실리카, 도전성 입자를 하기 표 1의 함량으로 첨가하여, C-믹서를 이용해 1 분간 교반하여(단, 교반액 내 온도가 40℃를 넘지 않도록 한다), 도전층용 조성물을 형성하였다.
절연층용 조성물의 제조
하기 표 1의 페녹시 수지, 에폭시 수지, 경화제, 비도전성 입자를 사용하여 하기 표 1의 함량으로 사용하고, 도전층용 조성물과 동일한 방법으로 절연층용 조성물을 제조하였다.
이방 도전성 필름의 제조
상기 제조한 도전층용 조성물을 도전성 입자가 분쇄되지 않는 속도 범위 내에서 상온(25℃)에서 60분간 교반하였다. 교반한 도전층용 조성물을 실리콘 이형 표면 처리된 폴리에틸렌 베이스 필름에 도막 두께 3㎛로 도포하고, 80℃에서 5분 동안 경화시켰다. 도전층은 하기 표 1의 경화율과 도전성 입자의 표면 돌출 비율을 나타내었다.
경화율은 DSC 열량 비교 방법으로 측정하였다.
도전성 입자의 표면 돌출 비율을 측정하였다. 도전성 입자의 표면 돌출 비율은 도전층 중 도전성 입자의 전체 함량에 대하여 도전층의 표면으로부터 적어도 일부분이 돌출된 도전성 입자의 함량에 대한 비율의 퍼센트 값이다. 도전성 입자의 표면 돌출 비율은 광학 현미경으로 도전층 표면을 확대하여 측정할 수 있다.
상기 제조한 절연층용 조성물을 실리콘 이형 표면 처리된 폴리에틸렌 베이스 필름에 35㎛의 두께의 필름으로 형성시키며, 60℃에서 5분 동안 건조시켜 절연층을 제조하였다.
제조한 절연층과 도전층을 합지하여, 이방 도전성 필름을 제조하였다.
제조한 이방 도전성 필름에 대해 ARES G2 레오미터(TA Instruments)를 이용하여, 승온 속도 10℃/분, strain 5%, frequency 1rad/sec로 30℃ 내지 200℃에서 최저 용융점도를 측정하였으며, 알루미늄 디스포져블 플레이트(직경 8mm)를 사용하였다.
실시예 2 내지 실시예 3
실시예 1에서, 도전층의 제조를 하기 표 1과 같이 변경한 것을 제외하고는 동일한 방법으로 이방 도전성 필름을 제조하였다.
비교예 1 내지 비교예 5
실시예 1에서, 도전층의 제조를 하기 표 2와 같이 변경한 것을 제외하고는 동일한 방법으로 이방 도전성 필름을 제조하였다.
실시예
1 2 3
절연층
(중량%)		 페녹시 수지 50 50 50
에폭시 수지 40 40 40
경화제 1 1 1
실리카 9 9 9
절연층 두께(㎛) 9 9 9
도전층
(중량%)		 페녹시 수지 30 30 30
에폭시 수지 20 20 20
경화제 1 1 1
도전성 입자 40 40 40
실리카 9 9 9
도전층 두께(㎛) 3 3 3
도전층 경화 조건 80℃에서 5분 90℃에서 5분 100℃에서 5분
도전층 도전성 입자의 표면 돌출 비율(%) 90 95 98
도전층 경화율(%) 85 90 95
합지층 최저용융점도
(Pa.s)		 22,000 48,000 65,000
비교예
1 2 3 4 5
절연층
(중량%)		 페녹시 수지 50 50 50 50 50
에폭시 수지 40 40 40 40 40
경화제 1 1 1 1 1
실리카 9 9 9 9 9
절연층 두께(㎛) 9 9 9 9 9
도전층
(중량%)		 페녹시 수지 30 30 30 30 19
에폭시 수지 20 20 20 20 15
경화제 1 1 1 1 1
도전성 입자 40 40 40 40 40
실리카 9 9 9 9 25
도전층 두께(㎛) 6 6 3 3 3
도전층 경화 조건 50℃에서 1분 80℃에서 5분 50℃에서 1분 150℃에서 10분 50℃에서 1분
도전층 도전성 입자의 표면 돌출 비율(%) 10 0 95 95 95
도전층 경화율(%) 20 85 18 100 21
합지층 최저용융점도
(Pa.s)		 6,500 22,000 6,800 72,000 15,000
*페녹시 수지: 바이페닐 플루오렌형 페녹시 수지(FX-293, 신일철社)
*에폭시 수지: 지환식 에폭시 수지(Celloxide 2021P, 다이셀社)
*경화제: 4급 암모늄 화합물(CXC-1821, King Industry社)
*실리카: 구형 50 Nano (아드마나노, 아드마텍社, 일본)
*도전성 입자: 도전 입자(AUL-704F, 평균 입경 4㎛, SEKISUI社, 일본)
실시예와 비교예에서 제조한 이방 도전성 필름에 대하여 하기 물성을 평가하고 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
(1)도전성 입자의 포착률: 상기 실시예 및 비교예들에서 제조된 이방 도전성 필름의 도전성 입자의 포착률을 측정하기 위하여 하기의 방법을 수행하였다.
이방 도전성 필름 압착 전 단자 상에 있는 도전성 입자의 개수(압착 전 입자 수)를 하기 수학식 1에 의해 산출한다.
[수학식 1]
압착 전 도전성 입자의 개수 = 도전층의 도전성 입자의 입자 밀도(개/mm2) × 단자의 면적(mm2)
또한, 압착 후 단자 상에 있는 도전성 입자의 개수(압착 후 도전성 입자의 개수)를 금속 현미경으로 카운트하여 측정한다. 하기의 수학식 2에 의해 도전성 입자의 포착률을 산출한다.
[수학식 2]
도전성 입자의 포착률 = (압착 후 도전성 입자의 개수/압착 전 도전성 입자의 개수) × 100(%)
상기 가압착 및 본압착 조건은 하기와 같다.
1) 가압착 조건: 60℃, 1초, 1.0MPa
2) 본압착 조건: 150℃, 5초, 70MPa
(2)초기 접속 저항: 상기 실시예 및 비교예들에서 제조된 이방 도전성 필름의 초기 접속 저항을 측정하기 위하여 하기의 방법을 수행하였다.
상기 실시예 및 비교예들에서 제조한 이방 도전 필름을 하기 조건에서 가압착 및 본압착 후, 측정기(Keithley社, 2000 Multimeter)를 이용하여 4-probe 방식으로 시험 전류 1mA를 인가하여 초기 접속 저항을 측정하여 그 평균값을 계산하였다.
1) 가압착 조건: 60℃, 1초, 1.0MPa
2) 본압착 조건: 150℃, 5초, 70MPa
(3)신뢰성 후의 접속 저항: 상기 실시예 및 비교예들에서 제조된 이방 도전성 필름의 신뢰성 후의 접속 저항을 측정하기 위하여 하기의 방법을 수행하였다. 초기 접속 저항 측정과 동일한 방법으로, 가압착 및 본압착한 후, 온도 85℃ 및 상대 습도 85%의 조건 하에서 100 시간 동안 방치하여 고온ㆍ고습 신뢰성 평가를 진행한 후, 이들 각각의 신뢰성 후의 접속 저항을 접속 저항과 동일한 방법으로 측정하였다.
(4)절연 저항: 절연성 평가에 사용된 IC 칩의 범프 전극의 높이는 모두 약 40 ㎛, IC 크기는 6 mm × 6 mm였다. 기판은 0.8 mm 두께의 BT 수지 기판 상에 8 ㎛ 두께의 구리 및 금 도금으로 배선 패턴을 형성한 기판을 사용하였다. 상기 IC 칩과 기판 사이에 상기 이방 도전성 접착용 막을 기재시킨 상태에서, 50℃의 온도, 10 MPa-bump의 압력 하에서 15 초간 가압하고, 압착하여 IC 칩과 기판을 접속시켰다. 범프의 높이와 배선패턴 높이와의 합계는 대략 58㎛였다. 이렇게 이루어진 접속샘플의 인접하는 두 개의 핀에 50V의 전압을 10초간 인가하여 절연저항을 평가하였다.
실시예 비교예
1 2 3 1 2 3 4 5
도전성 입자의 포착률 (%) 75 85 92 20 95 60 62 45
초기 접속 저항(Ω) 0.06 0.06 0.06 0.06 120 0.06 0.06 6.8
신뢰성 후의 접속 저항(Ω) 0.15 0.16 0.15 0.15 1,500 0.25 2.53 254
절연 저항(Ω) 1011 1011 1012 105 1011 106 107 1011
상기 표 3에서 나타난 바와 같이, 본 실시예에 따른 이방 도전성 필름은 도전성 입자의 포착률이 우수하며 접속 저항이 낮고 신뢰성 후 접속 저항이 낮았으며, 절연 저항이 높았다.
반면에, 도전층의 경화율이 85% 미만이고 도전층의 두께가 도전성 입자 중 적어도 어느 하나의 평균 입경보다 작은 비교예 1은 도전성 입자의 포착률이 낮았고 신뢰성 후의 접속 저항이 좋지 않았다. 도전층의 두께가 도전성 입자 중 적어도 어느 하나의 평균 입경보다 작은 비교예 2는 초기 접속 저항과 신뢰성 후 접속 저항이 좋지 않았다. 경화율이 85% 미만인 비교예 3은 도전성 입자의 포착율이 낮았다. 경화율이 95% 초과인 비교예 4는 도전성 입자의 포착율이 낮았고 절연 저항이 좋지 않았다. 경화율이 85% 미만인 비교예 5는 도전성 입자의 포착률이 낮았고 접속 저항 및 신뢰성 후 접속 저항이 좋지 않았다.
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.

Claims (13)

  1. 도전층 및 절연층이 순차적으로 적층되고,
    상기 도전층은 도전성 입자 및 비 도전성 입자를 포함하고,
    상기 도전층의 두께는 상기 도전성 입자 중 적어도 어느 하나의 평균 입경보다 작고,
    상기 도전층의 경화율은 85% 내지 95%인 것인, 이방 도전성 필름으로서,
    상기 이방 도전성 필름은 제 1 피접속 부재와 제 2 피접속 부재 사이에 위치시키고, 50℃ 내지 70℃, 1 내지 2 초간 및 1 내지 2 MPa 압력 조건하의 가 압착; 및 130℃ 내지 170℃, 5 내지 7 초간 및 50 내지 90MPa 압력 조건 하의 본 압착 조건에서 압착한 후 측정한 도전성 입자의 포착율이 75% 이상이고,
    상기 도전층 중 상기 도전성 입자의 표면 돌출 비율은 90% 이상이고,
    상기 비 도전성 입자는 구형의 절연 입자를 포함하고,
    상기 도전성 입자는 상기 도전층 중 20 중량% 내지 60 중량%로 포함되고,
    상기 비 도전성 입자는 상기 도전층 중 1 중량% 내지 10 중량%로 포함되고,
    상기 도전층은 고형분 기준, 바이페닐 플루오렌형 페녹시 수지 10 중량% 내지 75 중량%, 지환식 에폭시 수지 1 중량% 내지 40 중량%, 경화제 1 중량% 내지 30 중량%, 상기 도전성 입자 20 중량% 내지 60 중량%, 상기 비 도전성 입자 1 중량% 내지 10 중량%를 포함하는 조성물로 형성되는 것인, 이방 도전성 필름.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서, 상기 도전층은 도막 두께가 3㎛ 이하인 것인, 이방 도전성 필름.
  6. 제1항에 있어서, 상기 도전성 입자의 평균 입경은 상기 비도전성 입자의 평균 입경 대비 큰 것인, 이방 도전성 필름.
  7. 제1항에 있어서, 상기 절연층은 비도전성 입자를 상기 절연층 중 20 중량% 이하로 포함하는 것인, 이방 도전성 필름.
  8. 제1항에 있어서, 상기 절연층은 도막 두께가 상기 도전층 대비 큰 것인, 이방 도전성 필름.
  9. 삭제
  10. 제1항에 있어서, 상기 이방 도전성 필름을 제 1 피접속 부재와 제 2 피접속 부재 사이에 위치시키고, 50℃ 내지 70℃, 1 내지 2 초간 및 1 내지 2 MPa 압력 조건하의 가 압착; 및 130℃ 내지 170℃, 5 내지 7 초간 및 50 내지 90 MPa 압력 조건 하의 본 압착 후, 85℃ 및 상대습도 85%에서 100 시간 동안 방치한 후 측정한 신뢰성 후 접속 저항이 1Ω 이하인 것인, 이방 도전성 필름.
  11. 제1항에 있어서, 상기 이방 도전성 필름은 절연저항이 109Ω 이상인 것인, 이방 도전성 필름.
  12. 제1항, 제5항 내지 제8항, 제10항, 제11항 중 어느 한 항의 이방 도전성 필름을 포함하는 디스플레이 장치.
  13. 제1항, 제5항 내지 제8항, 제10항, 제11항 중 어느 한 항의 이방 도전성 필름을 포함하는 반도체 장치.

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