KR20080055013A - 이방성 도전 필름 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이방성 도전 필름(ACF;Anisotropic Conductive Film)과 그 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 이방성 도전 필름의 제조방법은 1) 금속나노파우더가 포함된 전도체 페이스트(paste)를 필름에 코팅하는 단계 및 2) 상기 필름에 포토리소그라피(photo-lithography) 공정으로 패턴을 형성하는 단계를 포함하여 이루어진다. 특히 포토리소그라피를 유용하게 실시하기 위하여 상기 페이스트는 상기 금속나노파우더에 광 개시재, 모노머 및 고분자 첨가제를 더 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면 도전 볼 대신 패턴화된 금속 나노입자를 전도체로 사용하는바, 전극 간 short의 불량률을 획기적으로 제거가능한 ACF를 제공하는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따르면 포토리소법에 의해 미세패턴을 형성하는바, 종래 도전 볼 제조에 따른 생산비용의 절감과 공정의 단순화를 가져 올 수 있으며, 10um 이하의 극미세 피치에 적용가능한 ACF를 제공할 수 있는 효과도 있다.

이방성 도전 필름(ACF;Anisotropic Conductive Film), 도전 볼, 포토리소그 라피(photo-lithography)

Description

이방성 도전 필름 및 그 제조방법{Anisotropic Conductive Film and Manufacturing method of Anisotropic Conductive Film}

도 1a는 종래의 도전 볼을 구비한 ACF의 단면도이다.

도 1b는 종래의 다른 ACF의 단면도 및 요부확대도이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 ACF의 제조공정에 대한 순서도이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 ACF의 평면도이다.

본 발명은 이방성 도전 필름(ACF;Anisotropic Conductive Film)과 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 도전 볼을 사용하지 않고, 패턴화된 금속 나노입자를 전도체로 사용하여, 전극 간 short의 불량률을 획기적으로 제거가능한 ACF를 제공하며, 포토리소법에 의해 미세패턴을 형성하는바, 도전 볼 제조에 따른 생산비용의 절감과 공정의 단순화를 가져 올 수 있으며, 10um 이하의 극미세 피치에 적용가능한 ACF에 관한 것이다.

본 발명은 FPD 실장에 사용되는 이방성 도전 필름(Anisotropic Conductive Film)에 관한 것으로, FPD의 기판 전극과 TCP, COF 및 COG와 같은 Chip을 연결하는 데 사용되는 디스플레이 Package의 핵심 부품이다. ACF Paste는 절연성을 갖는 접착성 유기 재료 속에 도전성 전도 Ball을 삽입하여 이를 균일하게 분산시켜 필름형태로 제조한 것으로, X, Y축으로는 절연성, Z축으로는 도전성을 갖게 한다.

극미세 피치를 요하는 COG 등의 기술에 있어서의 가장 보편적인 방식은 범프를 가진 구동 IC를 이방성 도전 필름(Anisotropic Conductive Film; ACF)을 사용하여 열 압착시켜 액정패널기판 위에 실장하는 방식이다. 이러한 이방성 도전 필름은 주로 열경화성 에폭시 레진에 도전성 입자가 분산된 구조로 되어있다. 도전성 입자는 보통 5 ∼ 20㎛ 직경의 금, 은, 니켈, 또는 금속으로 코팅된 폴리머 또는 글래스 볼 등이 쓰이게 된다. 도전성 입자의 양에 따라 본래 비전도 성질을 가지는 폴리머 매트릭스(polymer matrix)가 이방성 도전 성질(5 ∼ 10 부피%의 경우), 또는 등방성 전도 성질(25 ∼ 35 부피%의 경우)을 가지게 된다.

화소의 증가에 의해 구동 IC의 범프의 수는 증가하고 범프 간의 피치 간격은 좁아진다. 따라서, 범프의 접속 면적이 줄어들게 됨과 동시에 일정한 저항을 유지하기 위해 이방성 도전 필름 내의 도전성 입자의 수의 증가가 필요하게 된다.

그러나 이로 인해 구동 IC의 범프 간에 도전성 입자가 많아지면서 범프 간 전기적 쇼트(electrical short)현상이 일어날 가능성이 매우 높게 되었다. 이러한 범프 간 전기적 쇼트현상은 다음과 같은 순서로 발생할 수 있다. 이방성 도전 필름이 접착된 액정패널 위에 범프 형성된 구동 IC가 열과 압력을 받아 접속될 때 이방성 도전 필름 의 점도 감소에 의해 범프 간 공간을 메우기 위해 이방성 도전 필름의 흐름이 일어나는 동안 많은 수의 도전입자가 흘러들어가게 된다. 이때, 범프 간 피치 간격이 작은 경우, 몇 개의 도전입자가 서로 간에 접촉하게 되면 범프 간의 전기적 쇼트현상이 일어나게 된다.

종래의 ACF의 제조기법과 그 문제점을 도 1a 및 도 1b를 참고하여 설명한다.

상술한 50㎛ 이하 극미세 피치 LCD 구동 IC의 실장의 방법으로 COG 기술을 구현하는데 있어서, 최근에 액정패널과 구동 IC 상의 범프의 정교한 피치 정열이 좁아지면서 전기적 쇼트 현상이 구동 IC의 인접한 범프 사이에서 발생한다. 또한, 50㎛ 이하 극미세 피치로 갈수록 리드의 단면적이 작아지면서 전기적 도전성을 유지하기 위해 많은 수의 도전입자가 구동 IC 상 범프와 액정패널의 전극 사이에 기계적 접촉을 이루어야 하기 때문에 이방성 도전 필름 내의 도전입자의 수가 많아야 하므로 상기 설명의 전기적 쇼트 현상이 일어날 확률이 높아진다.

종래에는 이러한 전기적인 쇼트현상을 막기 위하여, 도 1a에서 보이는 것처럼 기판 접착층(110) 내 도전 볼(120)의 표면에 얇은 절연성 물질(130)을 코팅하여 도전입자끼리 전기적 연결통로를 이루지 못하도록 하는 방법을 사용하여 왔다.

아울러 도전 볼의 크기가 갈수록 작아지는 요구에 부흥하고 비용을 절감하기 위하여 도 1b에서 처럼 도전 볼(220)과 부도체인 세라믹입자(230)를 혼입하는 방식을 사용하거나 도전입자를 균일한 간격으로 형성시키는 등의 방식을 사용하여 ACF를 제작하여 왔다.

그러나 도 1a에서 보이는 ACF의 경우에는 파인 피치용으로 제작시에 도전 볼의 크기를 더욱 미세하게 줄이고, 이러한 미세한 도전 볼의 제조에 따라 고가의 제 조비용이 투입되는 문제가 있었다. 또한, 상기의 도전 볼에 절연성 물질을 코팅하는 경우에 그 기술의 불완전성으로 인해 전기적 쇼트현상을 완벽하게 제어하지 못하는 문제가 발생했다. 또한, 도 1b의 ACF의 경우에도 여전히 도전입자를 사용하는바, 도전입자를 제조하는 데 있어서 드는 공정의 어려움과 이에 따른 생산비용의 증가, 그리고 전기적 쇼트를 제어할 만한 성능이 뒤떨어지는 문제가 발생하였다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 도전 볼을 사용하지 않고, 패턴화된 금속 나노입자를 전도체로 사용하는바, 전극 간 쇼트(short)의 불량률을 획기적으로 제거가능한 ACF를 제공하며, 포토리소법에 의해 미세패턴을 형성하는바, 도전 볼 제조에 따른 생산비용의 절감과 공정의 단순화를 가져 올 수 있으며, 10um 이하의 극미세 피치에 적용가능한 ACF를 제공함에 있다.

위와 같은 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 따른 이방성 도전 필름(ACF)의 제조방법은 1) 금속나노파우더가 포함된 전도체 페이스트(paste)를 필름에 코팅하는 단계; 및 2) 상기 필름에 포토리소그라피(photo-lithography)공정으로 패턴을 형성하는 단계; 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하여, 도전 볼을 제조하지 않고도 전기적 쇼트를 효율적으로 제거가능하면서도 비용절감의 기대치를 극대화할 수 있도록 한다.

또한, 본 발명은 상기 1) 단계는, 상기 금속나노파우더는 Au, Ag, Al, Cu, Ni, In 중 어느 하나를 선택하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 이방성 도전 필름(ACF)의 제조방법을 제공하여 전기 전도성의 성질을 극대화할 수 있도록 하게 할 수 있다.

또한, 본 발명은 상기 페이스트는 포토리소그라피가 가능하도록 상기 금속나노파우더에 광 개시재, 모노머 및 고분자 첨가제를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 이방성 도전 필름(ACF)의 제조방법을 제공하여 도전 볼을 사용하지 않고도 필요한 극미세 패턴을 포토리소방법으로 형성시켜 공정의 단순화와 정밀화를 구현할 수 있도록 한다.

또한, 본 발명은 상기 2) 단계는, 포토마스크를 이용하여 도트(Dot) 또는 미세한 스퀘어(Square) 형태로 패터닝하는 것을 특징으로 하는 이방성 도전 필름(ACF)의 제조방법을 제공하여 미세한 패터닝을 통해 Fine pitch의 Bump나 전극의 접합을 용이하게 하며, Dot의 형태로 인접전극간 쇼트를 방지하는 한편 전도성이 우수한 ACF를 제공할 수 있게 한다.

또한, 본 발명은 상기 2) 단계 후에 상기 필름에 레진(Resin)을 필링(Filling)하는 단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 이방성 도전 필름(ACF)의 제조방법을 제공하여 보다 안정적인 패턴의 유지를 통해 ACF의 효율성을 높일 수 있게 한다.

또한, 본 발명은 금속 나노 파우더가 있는 유기물을 코팅해 Pattern을 형성하되, 상기 패터닝의 범위는 접속되는 Bump Pith 또는 전극 Pith의 1/3 이하의 Pitch인 것을 특징으로 하는 이방성 도전 필름(ACF)의 제조방법을 제공하여 쇼트의 가능성을 최대한 제거 가능한 ACF를 제공할 수 있게 한다.

또한, 본 발명은 금속 나노 파우더 전도체가 포함된 페이스트를 필름 위에 코팅하고, 상기 필름에 포토리소그라피(photo-lithography)공정으로 패턴이 형성된 것을 특징으로 하는 이방성 도전 필름(ACF)을 제공하여 도전 볼 제작시 드는 비용의 절감과 제작공정의 단순화를 꾀할 수 있으며 쇼트가 일어나지 않는 ACF를 제공할 수 있게 한다.

또한, 본 발명은 상기 필름에 레진이 필링 된 것을 특징으로 하는 이방성 도전 필름(ACF)을 제공하여 패터닝 된 도전성 페이스트를 고정해 보다 안정적인 품질의 ACF 필름을 제공할 수 있게 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성 및 작용을 구체적으로 설명한다.

본 발명의 구성은 Fine Pitch에 사용되어도 전극 간 쇼트가 발생하지 않고 기존의 도전 볼을 사용하지 않고도 이방성 도전기능을 발휘하는 것을 요지로 한다.

도 2를 참조하여 본 발명의 구성을 설명하면, 우선 S1 단계로 금속나노 파우더 전도체가 포함된 도전성 페이스트(10)를 필름(20) 위에 코팅한다. 이 경우 금속나노 파우더로는 Au, Ag, Al, Cu, Ni, In 등의 나노형의 파우더로 사용하는 것이 바람직하다. 상기 금속나노 파우더의 Particle의 구체적인 형상으로는 구형의 형상에 함량은 paste 중 약 20~40w%를 가지는 것이 바람직하며, 크기는 5~50㎚ 정도가 바람직하다.

또한, 이러한 페이스트는 포토리소그라피 공정을 위해서 모노머(monomer), 광 개시재 및 기타 첨가제가 포함되어 특히 UV lithography 가 가능하도록 만들어지는 것이 바람직하다. 상기 페이스트의 코팅은 스크린 프린팅 등의 여러 가지 방법의 사용이 가능하다. 상기 페이스트의 코팅 후에는 고온 열풍으로 건조단계를 거치는 것이 바람직하다. 또한, 상기 필름은 반드시 연질의 필름만을 의미하는 것이 아니라 기판(Glass) 등에도 적용이 가능하다.

다음으로, S2 단계는 상기 페이스트의 도포 후에 원하는 형상의 패턴을 형성할 수 있다. 기본적으로 도전성 페이스트의 패턴형성은 여러 방법이 고려가 가능하나, 본원 발명의 바람직한 일 실시예에서는 포토마스크(30)를 이용한 포토리소그라피 방법을 통해 원하는 패턴을 도전성페이스트(10)에 형성시킨다.

S3 단계는 패턴의 형성 후에 도전성 페이스트를 현상하고, 현상 후에 원하는 형상으로 도전성 페이스트가 패터닝 된 필름을 얻을 수 있다.

S4 단계는 이러한 상기의 도전성 페이스트의 패터닝이 완료된 필름(20) 위에 접착제 역할을 하는 레진(Resin)(40)을 필링(Filling)한다. 이 경우 상기 레진(40)은 상기 도전성페이스트(10) 보다 약간 더 높게 형성시키는 것이 바람직하다.

도 3을 참조하여 살펴보면, 상기의 단계에 의해 제작된 ACF(1)는 도전성 페이스트(10)가 미세하게 패터닝 되어 있어서 파인 피치의 Bump나 전극의 접합에 용이하며, 또한 패턴의 형성이 Dot 형태나 스퀘어 형태를 이루어 보다 효율적으로 인접 전극 간 쇼트를 방지할 수 있는 장점이 있다. 특히 본원발명인 ACF는 10um 이 하의 Ultra fine pitch에도 전극 간 쇼트가 발생하지 않아 종래기술에 비해 훨씬 미세하고 안정적인 적용이 가능하게 된다.

본 발명에 따른 이방성 도전 필름 제조에 있어서 바람직한 일 실시예에 하나로, 금속 나노입자를 액상 에폭시 수지, 잠재성 경화제, 메틸에틸케톤 (MEK)이나 톨루엔 등의 유기용제와 균일하게 혼합하고, 여기에 Binder, Monomer, Photoinitiator를 삽입하여, UV imageable이 가능한 혼합물을 제조하였다. 이 혼합물을 실리콘이나 불소 수지로 코팅된 폴리이미드 필름에 두께가 약 25㎛이 되게 도포하고, 건조하여 이방성 도전 필름을 제조할 수 있다. 특히, 본 기술로 제작된 이방성 도전 접속 필름을 30㎛ Pitch Bump의 반도체 소자와, 동일 피치의 ITO 전극 사이에 놓고 180℃, 3kgf/cm²의 압력으로 15초간 압착하여 접속 구조체를 얻을 수 있다.

상술한 본 발명에 의한 바람직한 피치의 범위는 접속되는 Bump나 전극 Pith의 1/3이하의 Pitch로 금속 나노 파우더가 있는 유기물을 Patterning하면, Short가 발생하지 않는 ACF를 제조할 수 있게 된다. (가령, 전극 Pitch가 30um 이면, ACF의 Patterning은 10um 이면 됨.)

이렇게 제조된 이방성 도전 필름은 그 전기적 특성의 평과 결과, 접속 전극간의 통전 특성의 경우(Z축), 접속한 핀의 저항치가 1Ω이하로 나타났으며, 상기 핀 사이의 절연특성의 경우(X,Y축)에는 저항치가 10~8Ω 이상으로 절연요구특성이 양호하게 나타났다.

아울러, 도전 볼의 제작에 드는 고가의 제작비용과 이러한 고가의 제작비용에도 불구하고 완성도가 미흡한 도전 볼의 제공 및 도전 볼을 절연코팅함에 있어서 발생하는 비용손실 및 전기적 쇼트의 방지의 어려움 등의 문제를 해결할 수 이는 획기적인 효과를 제공할 수 있다.

전술한 바와 같은 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였다. 그러나 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능하다 본 발명의 기술적 사상은 본 발명의 기술한 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

본 발명에 따르면, 도전 볼 대신 패턴화된 금속 나노입자를 전도체로 사용하는바, 전극 간 short의 불량률을 획기적으로 제거가능한 ACF를 제공하는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따르면 포토리소법에 의해 미세패턴을 형성하는바, 종래 도전 볼 제조에 따른 생산비용의 절감과 공정의 단순화를 가져 올 수 있으며, 10um 이하의 극미세 피치에 적용가능한 ACF를 제공할 수 있는 효과가 있다.

Claims (9)

1) 금속나노파우더가 포함된 전도체 페이스트(paste)를 필름에 코팅하는 단계;

2) 상기 필름에 포토리소그라피(photo-lithography)공정으로 패턴을 형성하는 단계;

를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 이방성 도전 필름(ACF; Anisotropic Conductive Film)의 제조방법.

청구항 1에 있어서, 상기 1) 단계는,

상기 금속나노파우더는 Au, Ag, Al, Cu, Ni, In 중 어느 하나를 선택하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 이방성 도전 필름(ACF)의 제조방법.

청구항 2에 있어서,

상기 페이스트는 포토리소그라피가 가능하도록 상기 금속나노파우더에 광 개시재, 모노머 및 고분자 첨가제를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 이방성 도전 필름(ACF)의 제조방법.

청구항 3에 있어서, 상기 2) 단계는,

포토마스크를 이용하여 도트(Dot) 또는 미세한 스퀘어(Square) 형태로 패터닝하는 것을 특징으로 하는 이방성 도전 필름(ACF)의 제조방법.

청구항 3 또는 청구항 4에 있어서,

상기 2) 단계 후에 상기 필름에 레진(Resin)을 필링(Filling) 하는 단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 이방성 도전 필름(ACF)의 제조방법.

청구항 1에 있어서, 상기 2)단계는,

금속 나노 파우더가 있는 유기물을 코팅해 Pattern을 형성하되, 상기 패터닝의 범위는 접속되는 Bump Pith 또는 전극 Pith의 1/3 이하의 Pitch인 것을 특징으로 하는 이방성 도전 필름(ACF)의 제조방법.

금속 나노 파우더 전도체가 포함된 페이스트를 필름 위에 코팅하고, 상기 필름에 포토리소그라피(photo-lithography)공정으로 패턴이 형성된 것을 특징으로 하는 이방성 도전 필름(ACF).

청구항 7에 있어서,

상기 필름에 레진이 필링 된 것을 특징으로 하는 이방성 도전 필름(ACF).

청구항 8에 있어서,

상기 패턴의 범위는 접속되는 Bump Pith 또는 전극 Pith의 1/3 이하의 Pitch인 것을 특징으로 하는 이방성 도전 필름(ACF).

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