专利名称：各向异性导电膜和半导体装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种各向异性导电膜。更具体地，本发明涉及一种各向异性导电膜，所述各向异性导电膜包括含多环芳环的环氧树脂、芴环氧树脂和纳米二氧化硅以改善预压性质。
背景技术：
随着近来显示器装置中的大尺寸和轻薄的趋势，电极和电路之间的间距已经逐渐变得更精细。各向异性导电粘附膜作为用于精细电路端子的互连机构起到了重要作用。各向异性导电膜用作包装IXD面板、印刷电路板(PCB)、驱动IC电路等IXD模块中的连接材料。安装多个驱动IC以驱动LCD模块中的薄膜晶体管(TFT)布图。在LCD面板上安装驱动IC的方法包括丝焊，其中驱动IC通过导线连接LCD面板电极；卷带自动结合(TAB)，其中用基膜将 驱动IC安装到IXD面板上的电极上；和玻璃上芯片(C0G)，其中驱动IC通过粘合剂直接安装在LCD面板上等。各向异性导电膜作为用于COG的连接材料已经引起了大量关注，并用于将形成于聚酰亚胺基板上的导线布图电连接到氧化铟锡(ITO)布图或在LCD的玻璃基板上设计的电子元件的引线。通常，数百个驱动IC的隆起焊盘分布不均。具体地，输入单元的隆起焊盘尺寸大，而输出单元的隆起焊盘尺寸小。同样，隆起焊盘未存在于驱动IC的两侧，并且如果存在的话，隆起焊盘的数目少。数百个隆起焊盘在输出单元排列成单列、两列或三列，并可以在特定部分随机排列。因此，当为了各向异性导电膜的粘附而从上施压时，压力未平均转移至各个隆起焊盘。包含双酚A类(BPA)环氧树脂或双酚F类(BPF)环氧树脂和苯氧树脂作为主要组分的常规的各向异性导电膜在固化过程中呈现出低粘度。因此，常规的各向异性导电膜在压制过程中具有低的耐压性，过度高的树脂溢流和低的反应速度，因此直接受到热压时施加到驱动IC的不均匀的压力。结果，各个隆起焊盘受到不同程度的压制，因此引起连接电阻的差异和连接可靠性的劣化。为解决这些问题，驱动IC的隆起焊盘可以均匀地排列，尤其是，与连接无关的隆起焊盘可以排列在驱动IC的两侧以改善压力均匀性。然而，考虑到最近的技术发展，由于显示产品的有效面积和无效区的减小，驱动IC已经在厚度和尺寸上逐渐减小。因此，存在着对粘附膜的物理性质而不是对驱动IC的隆起焊盘的排列的改善需求。同时，与用于各向异性导电膜的组合物相关的常规技术如下。韩国专利公开第2011-0019519A号公开了一种用于各向异性导电膜的组合物，该组合物包含含多环芳环的环氧树脂。然而，该专利与本专利的区别在于，该专利旨在减小环氧树脂在高温和在高湿的脆性，以确保挠性和抗冲击性，并且除了环氧树脂以外还含有丙烯橡胶类树脂。韩国专利公开第2010-0020029A号公开了一种用于电路连接的膜型粘合剂，其中所述粘合剂在固化后具有90度或更大的相对于水的接触角，并且包含苯氧树脂、环氧树脂、橡胶组分和潜在的固化剂作为成分。韩国专利公开第2010-0056198A号公开了一种用于各向异性导电膜的组合物，该组合物包含环氧树脂或氧杂环丁烷树脂的金刚烷衍生物和热塑性聚合物树脂。这些常规发明都未公开预压性质的改善，而且并未涉及解决各向异性导电膜粘附过程中压力传递不均的问题。
发明内容
本发明的一个方面提供一种各向异性导电膜组合物和各向异性导电膜，允许压力均匀地传递到以各向异性导电膜粘附的各个隆起焊盘，从而改善预压性质。本发明的另一个方面提供一种各向异性导电膜组合物和各向异性导电膜，在60°C或更高的预压条件下改善了各向异性导电膜的预压性质而提供良好的粘附力，从而在粘结后减少气泡的产生并确保均匀的压痕。本发明的再一个方面提供一种各向异性导电膜组合物和各向异性导电膜，在可靠性测试后呈现出低的连接电阻增加率，从而改善了连接可靠性。作为反复研究的结果，本发明的发明人发现包括含多环芳环的环氧树脂、芴环氧树脂和纳米二氧化硅的用于各向异性导电膜的组合物满足上述特征。本发明的一个方面提供了一种半导体装置，所述装置包含作为连接材料的用于各向异性导电膜的组合物或含有所述组合物的各向异性导电膜，其中所述组合物包含:含多环芳环的环氧树脂和具有50°C至80°C沸点的芴环氧树脂，并在所述含多环芳环的环氧树脂与所述芴环氧树脂的重量比为1:0.1至1:1.5时具有高粘度和高连接可靠性。本发明的另一个方面提供了一种各向异性导电膜，所述膜在70°C和IMPa测量0.5秒具有4MPa或更高的剥离强 度。
图1A、1B和IC为分别显示了很好(〇)、良好(Λ)和差(X)的预压性质图像，其中确定了测量3次后当X的数目为O且〇的数目为至少一个时认为是预压；图2A和2B为在本发明的一个方面分别显示了粘结后良好(〇)的压痕性质和差(X)的压痕性质的图像；且图3为测量剥离强度的方法。
具体实施例方式一方面，本发明涉及各向异性导电膜，该各向异性导电膜包含:固化后具有165°C至250°C玻璃化转变温度(Tg)的含多环芳环的环氧树脂；具有50°C至80°C沸点、1，000或更小的分子量并具有液相的芴环氧树脂；和纳米二氧化硅。在这方面，含多环芳环的环氧树脂与纳米二氧化硅的重量比可以为3:1至6:1。更具体地，重量比可为3.5:1至6:1。在该范围内，在X、Y和Z方向上向各个隆起焊盘施加均匀的压力，从而改善各向异性导电膜的预压性质。含多环芳环的环氧树脂具有高反应速度，但热压时具有高粘性，保持了高耐热性，并对施加到驱动IC的压力梯度呈现出优异的耐性，因此在X和Y方向上均匀地保持了施加到各个隆起焊盘的压力。然而，含多环芳环的环氧树脂在压力转移到Z方向上具有过高的粘度，并且电极间的区域由于驱动IC和平板电极之间低的树脂排斥可以打开。当纳米级的二氧化硅与含多环芳环的环氧树脂共同使用时，Z轴方向上的树脂排斥会减小，结果可以解决X-Y-Z轴上压力的不均性。当含多环芳环的环氧树脂和纳米二氧化硅的用量高时，玻璃的粘结性会不利地降低。使用具有50°C至80°C的沸点、1，000或更低的分子量和液相的芴环氧树脂，通过组合物的初始粘附力的改善可以获得没有预压相关问题的各向异性导电膜组合物。在这方面，含多环芳环的环氧树脂与芴环氧树脂的重量比为1:0.1至1:1.5，优选1: 0.14至1:1。如果芴环氧树脂的重量比小于0.1，就不能获得包括初始粘附力改善的期望效果，而如果重量比超过1.5，在X-Y-Z轴施加的压力会不均匀，因而劣化连接可靠性。在这方面，本发明的膜优选用于安装工艺，例如COG (玻璃上芯片)或FOG (玻璃上膜)。在这方面，基于膜的总重，含多环芳环的环氧树脂可以按10至50wt%的量存在。在这方面，各向异性导电膜可以用作双层各向异性导电膜的ACF (各向异性导电膜)层。在这方面，根据本发明的各向异性导电膜除了上述组分以外可以进一步包含苯氧树脂、导电颗粒和固化剂。基于组合物的总重，苯氧树脂可以按15至25被％的量存在，导电颗粒可以按5至30wt%的量存在，且固化剂可以按10至20wt%的量存在。在这方面，根据本发明的各向异性导电膜具有通过球粘结(ball tack)所测的大于20gf且小于60gf的初始粘附力，优选大于20gf且小于50gf。粘附强度是利用与根据本发明实施例中说明的方法一致的探针粘结测试仪测定的。根据本发明的各向异性导电膜可以包含具有50°C至80°C的沸点、1，000或更低的分子量和在室温为液相的芴环氧树脂，因而呈现出大于20gf且小于60gf的初始粘附强度和/或在70°C和IMPa经0.5秒的5MPa或更大的剥离强度。在另一方面，本发明涉及各向异性导电膜，该膜包括:含多环芳环的环氧树脂和具有50°C至80°C沸点的芴环氧树脂。这里，含多环芳环的环氧树脂与芴环氧树脂的重量比为1:0.1 至 1:1.5。
在这方面，如果芴环氧树脂的重量比小于0.1，则不能获得包括初始粘附力改善的期望效果，而如果重量比超过1.5，由于在X-Y-Z轴压力施加得不均匀，因此粘结后的压痕会不均匀，从而引起连接可靠性的劣化。更优选地，含多环芳环的环氧树脂与芴环氧树脂的重量比为1:0.14至1:1。优选地，芴环氧树脂的量小于或等于含多环芳环的环氧树脂的量。在这方面，含多环芳环的环氧树脂固化后具有165°C至250°C的玻璃化转变温度(Tg)。在该范围内，能够防止由玻璃上膜(FOG)压制出现在约160°C并引起ACF损伤和可靠性劣化的热转移，并且由于低ACF预压因而不会产生可加工性缺陷。同样，含多环芳环的环氧树脂在30°C至200°C可以具有3，OOOPa *s至10，OOOPa *s的最小熔融粘度。最小熔融粘度可以通过先进流变扩展系统(ARES)测量,不限于此。例如,可以用粘弹计(TA Instruments,RSA III)测量最小熔融粘度。在这方面，与仅包含含多环芳环的环氧树脂的组合物相比，以1:0.1至1: 1.5的重量比包含含多环芳环的环氧树脂和芴环氧树脂的组合物在预压时增加了初始粘附强度，从而减少了气泡的产生，由此可以在60°C或更高的预压条件下获得具有良好连接可靠性的各向异性导电膜。由于ACF组合物可以通过高温预压部分固化，引起最终压制下粘附强度的劣化，所以预压通常在尽可能低的温度进行。此外，根据工艺可控性等，预压在低温进行具有优势。根据这方面的膜的特征在于粘合后的压痕是均匀的，且从初始连接电阻到可靠性测试后的连接电阻，连接电阻的增加为5倍或更少，优选4倍或更少，更优选3.5倍或更少。在60°C和IMPa预压I秒以及在160°C和3MPa最终压制8秒后，通过用裸眼目测确定粘结后压痕的均匀性。具体地，如图2A所示，当驱动IC两侧存在的压痕清晰度与其中心存在的压痕清晰度基本相似时，确定压痕均匀，如图2B所示，当驱动IC两侧存在的压痕与其中心存在的压痕相比具有低清晰度或模糊时，确定压痕不均匀。通过在200°C和60MPa在玻璃基板(ΙΤ0玻璃)上热压膜5秒，然后向其施加ImA的电流同时用Hioki E.E.公司的Hioki h1-测试仪测量电阻，从而测得初始连接电阻。根据样品暴露于高温和高湿环境(85°C/85%)并放置500小时后的连接电阻，评估可靠性测试后的连接电阻。在这方面，膜进一步包含纳米二氧化硅。在这种情况下，含多环芳环的环氧树脂与纳米二氧化硅的重量比可以为3:1至6:1。在纳米二氧化硅的这个范围内，膜在压力转移到Z轴方向上呈现出低粘性，从而消除了打开电极间区域的可能性。在本发明中，芴环氧树脂可以为由通式I表示的在双酚芴中包含缩水甘油基的树脂:
权利要求
1.一种各向异性导电膜，包含: 含多环芳环的环氧树脂， 芴环氧树脂， 纳米二氧化硅，和 导电颗粒。
2.根据权利要求1所述的各向异性导电膜，其中所述含多环芳环的环氧树脂固化后具有165°C至250°C的玻璃化转变温度。
3.根据权利要求1所述的各向异性导电膜，其中所述芴环氧树脂具有50°C至80°C的沸点和1，OOO或更小的分子量。
4.根据权利要求1所述的各向异性导电膜，其中所述含多环芳环的环氧树脂包括选自由含四官能芳环的环氧树脂和含双官能芳环的环氧树脂组成的组中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的各向异性导电膜，其中所述含多环芳环的环氧树脂与所述纳米二氧化硅的重量比为3:1至6:1。
6.根据权利要求1所述的各向异性导电膜，其中所述芴环氧树脂为由通式I表示的在双酚芴中含有缩水甘油基的树脂: [通式I]
7.根据权利要求1至6的任一项所述的各向异性导电膜，其中所述含多环芳环的环氧树脂与所述芴环氧树脂的重量比在1:0.1至1: 1.5的范围内。
8.根据权利要求1至6的任一项所述的各向异性导电膜，其中所述膜用于玻璃上芯片安装。
9.一种各向异性导电膜，包含: 含多环芳环的环氧树脂；和 具有50°C至80°C沸点的芴环氧树脂， 其中所述含多环芳环的环氧树脂与所述芴环氧树脂的重量比在1:0.1至1: 1.5的范围内。
10.根据权利要求9所述的各向异性导电膜，其中所述芴环氧树脂在25°C具有液相。
11.根据权利要求9所述的各向异性导电膜，其中所述含多环芳环的环氧树脂包括选自由含四官能芳环的环氧树脂和含双官能芳环的环氧树脂组成的组中的至少一种。
12.根据权利要求9至11的任一项所述的各向异性导电膜，其中所述含多环芳环的环氧树脂与所述芴环氧树脂的重量比在1:0.14至1:1的范围内。
13.根据权利要求9至11的任一项所述的各向异性导电膜，进一步包括纳米二氧化硅，其中所述含多环芳环的环氧树脂与所述纳米二氧化硅的重量比在3:1至6:1的范围内。
14.根据权利要求9至11的任一项所述的各向异性导电膜，其中所述膜粘结后提供均匀的压痕。
15.根据权利要求14所述的各向异性导电膜，其中所述膜具有60°C或更高的预压温度。
16.一种在70°C和IMPa下经0.5秒测量具有4MPa或更高的剥离强度的各向异性导电膜。
17.根据权利要求16所述的各向异性导电膜，所述膜具有高于60°C的预压温度。
18.根据权利要求16或17所述的各向异性导电膜，所述膜粘结后提供均匀的压痕。
19.根据权利要求16或17所述的各向异性导电膜，所述膜包括:含多环芳环的环氧树月旨、具有50°C至80°C沸点的芴环氧树脂和纳米二氧化硅。
20.根据权利要求19所述的各向异性导电膜，其中所述含多环芳环的环氧树脂与所述芴环氧树脂的重量比在1:0.1至1:1.5的范围内，且所述含多环芳环的环氧树脂与所述纳米二氧化硅的重量比在 3:1至6:1的范围内。
21.一种利用根据权利要求1至20任一所述的各向异性导电膜形成的半导体装置。
全文摘要
本文公开了一种各向异性导电膜组合物、各向异性导电膜和半导体装置。所述组合物包含含多环芳环的环氧树脂、芴环氧树脂和纳米二氧化硅以改善预压性质。
文档编号C09J163/00GK103184016SQ20121058474
公开日2013年7月3日 申请日期2012年12月28日 优先权日2011年12月28日
发明者朴永祐, 金南柱, 朴憬修, 徐准模, 薛庆一, 鱼东善, 柳·阿伦, 崔贤民 申请人:第一毛织株式会社