초음파 접합 방법을 이용한 연성 기판-유기 경성 기판간 솔더 ACF 접합 특성에 관한 연구

Abstract

이방성 전도성 필름 (ACF, Anisotropic Conductive Film)은 열경화성 또는 열가소성 고분자 수지 내에 니켈과 같은 금속이나 금속 코팅된 고분자 형태의 도전 입자가 분산되어 있는 필름타입의 접속 재료로써, 미세 피치 가능성, 공정의 용이성, 비용 효율성 등의 장점으로 인해 chip-on-glass (COG), flex-on-glass (FOG), flex-on-board (FOB), chip-on-flex (COF), chip-on-board (COB)의 접속에 널리 사용되고 있다. 최근 모바일 기기의 고성능화와 소형화의 트렌드에 기존의 소켓 타입 모듈 접속 방법을 대체하기 위해 높은 I/O 밀도를 갖는 FOB(flex-on-board) assembly에 ACF 접합 방법이 적용되고 있다 [1]. ACF의 일반적인 접합 방식은 열압착 (Thermo-compression) 방식으로 고열의 tool을 이용하여 열과 압력을 접합부에 동시에 가하는 방법이다. 열압착 방법을 통하여 도전 입자를 양 전극 사이에 접촉 시키면서, 고분자 수지를 경화 시키게 되는데 이는 양 접합 대상 간에 접착과, 전극 간에 접촉이 이루어진 도전 입자를 고정 시키는 역할을 한다. 따라서 서로 다른 전극간의 전기적 쇼트가 발생하지 않고, 고정된 도전 입자를 통해 전기 신호는 한 방향으로만 흐르게 된다. 하지만 이러한 열압착 방식은 200℃ 이상의 높은 공정 온도를 요구하고, 6초에서 20초 가량의 긴 접합 시간이 필요하기 때문에, 접합부의 열 변형이나 생산성 측면에서 대체 접합 방법에 대한 필요성이 대두되었다. 열압착 접합의 대체 방법으로써, 상온 초음파 접합 (Ultrasonic bonding) 방법이 Lee 등에 의해 제안되었으며, FOB와 COB 등에서 성공적으로 그 활용가능성을 입증한 바 있다 [2-3]. 초음파 접합 방법은 접합 대상에 종방향의 초음파 진동을 인가하여 ACF layer 자체의 발열을 발생시키는 원리로써, 빠른 승온 속도를 얻을 수 있기 때문에 접합 시간을 기존 열압착 방법보다 짧은 5초 이내로 단축할 수 있었고, 접합 공정이 상온에서 이루어지기 때문에 열압착 공정에서 고온으로 인해 발생할 수 있었던 열 데미지를 크게 줄일 수 있었다. 하지만 위와 같은 공정적인 개선에도 불구하고, 더 높은 전기적인 출력과 신뢰성을 요구하는 모듈 접속에서 기존 ACF joint의 한계가 있었고 따라서 초음파 접합 공정과 더불어 재료적인 측면에서 개선의 필요성이 있어왔다. ACF의 재료적인 관점에서 기존에 사용되던 금속 도전 입자는 접합 후 전극과 물리적인 접촉이 이루어져 전기 신호가 흐르게 되는데, 이 때 도전 입자가 흘려줄 수 있는 양은 한정적이며 또한 물리적으로 접합된 도전 입자는 신뢰성 적인 측면에서 불리하다. 이러한 단점을 해결하기 위해, 초음파 접합 방법으로 모듈 접속에 많이 사용되고 있는 솔더볼을 도전 입자로 적용하게 되면, 전극과의 alloy 접합을 이루게 됨과 동시에 넓은 전기적 경로를 확보할 수 있기 때문에 기존 ACF joint가 가지고 있었던 전기적, 신뢰성 적인 한계를 개선할 수 있을 것으로 기대된다. 하지만 지금까지 솔더볼을 함유한 ACF와 초음파 접합 방법을 동시에 적용한 연구가 진행된 바 없기 때문에, 초음파 접합 방법을 활용한 solder ACF joint에 대한 연구는 ACF 접속의 공정적, 재료적인 측면에서 새로운 시도라는 점에서 의미가 있다.