KR100566102B1 - Conductive particles having insulating layer on the surface, method for preparing the same and anisotropic electroconductive material containing the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 커플링제로 처리된 무기 자입자가 도전성 모입자의 표면에 결합되어 절연층을 형성한 절연성 도전입자에 관한 것으로, 이때 무기 자입자 표면의 관능기와 금속의 친화성 때문에 도전성 모입자의 표면에 무기 자입자 절연층이 형성되며 이 자입자는 단순히 물리적으로 부착되어 있는 절연성 피복 입자보다는 더 부착력이 크며 공유 결합에 의한 부착보다는 부착력이 작아, 열과 압력이 없는 경우에는 절연성을 유지하고 열과 압력이 주어지는 경우에는 절연층이 파괴되어, 절연성과 도전성의 균형이 적절히 이루어져 있다. 또한 물성이 안정되고 경제적으로 생산할 수 있다는 장점이 있다.The present invention relates to an insulating conductive particle in which an inorganic magnetic particle treated with a coupling agent is bonded to the surface of the conductive mother particle to form an insulating layer, wherein the surface of the conductive mother particle is due to the affinity between the functional group and the metal on the surface of the inorganic magnetic particle. An inorganic magnetic particle insulating layer is formed on the magnetic particles, and the magnetic particles have more adhesion than the physically attached insulating coating particles, and they have less adhesion than covalent bonds, and maintain insulation and heat and pressure in the absence of heat and pressure. When given, the insulating layer is broken, and the balance between insulation and conductivity is appropriately achieved. In addition, the physical properties are stable and can be produced economically.

절연성 도전 입자, 무기 자입자, 도전성 모입자, 커플링제, 이방성 도전 필름 Insulating conductive particles, inorganic magnetic particles, conductive mother particles, coupling agent, anisotropic conductive film

Description

절연성 도전입자, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 이방성 도전재료 {CONDUCTIVE PARTICLES HAVING INSULATING LAYER ON THE SURFACE, METHOD FOR PREPARING THE SAME AND ANISOTROPIC ELECTROCONDUCTIVE MATERIAL CONTAINING THE SAME}Insulating conductive particle, manufacturing method thereof, and anisotropic conductive material comprising same {CONDUCTIVE PARTICLES HAVING INSULATING LAYER ON THE SURFACE, METHOD FOR PREPARING THE SAME AND ANISOTROPIC ELECTROCONDUCTIVE MATERIAL CONTAINING THE SAME}

본 발명은 액정표시장치(LCD)를 비롯한 각종 디스플레이 장치 및 반도체 장치의 실장시, 모듈 간이나 IC칩-회로간 등의 광범위 접속 재료로서 사용 가능한 이방성 도전 필름에 사용될 수 있는 절연성 도전입자에 관한 것으로, 좁은 피치(pitch) 간격에서도 높은 절연성을 나타내는 새로운 개념의 절연성 도전입자와 이를 이용한 이방성 도전재료에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to insulating conductive particles that can be used for anisotropic conductive films that can be used as a wide connection material, such as between modules or between IC chips and circuits, when mounting various display devices, including liquid crystal displays (LCDs), and semiconductor devices. The present invention relates to a new concept of insulating conductive particles exhibiting high insulation even at narrow pitch intervals and anisotropic conductive materials using the same.

종래 반도체 칩(Chip)이나 액정 표시 장치의 리드(Lead)선과 그 구동회로의 연결 부분의 결합은 범프(Bump)를 형성하거나 캐리어 테이프(Career Tape)를 이용하는 방법이 이용되었다. 그러나 이러한 방법은 보다 세밀화되는 연결 부분을 형성하기에는 부적당하다. 그리하여 이를 개선할 수 있는 이방성 도전 필름이 반도체 소자와 같은 전자 부품 및 회로판을 전기적으로 접속시키기 위한 재료로서 널리 사 용되게 되었다. 전자 부품의 경박 단소화 경향에 따라 이방성 도전 필름의 사용 분야는 더욱 다양화되고 있는데, 최근 컴퓨터 모니터는 물론 텔레비젼의 형태도 박막화되어 가는 경향에 따라, LCD 모니터, 평판 디스플레이, 고화질 텔레비젼 등의 생산에 ACF(Anisotropic Conductive Film)를 이용한 접속방법이 널리 사용되고 있는 실정이다. 또한, 특히 LCD 실장기술에서 ACF 사용법이 심화되어, COF(Chip On Film) 또는 COG(Chip on Glass)법으로 필름이나 유리기판 위에 직접 반도체 회로를 실장하는 방법도 급속히 발전하는 추세에 있다. 이러한 이방성 도전 필름과 관련된 특허의 예로는 일본 특허공개 평5-21094호, 평5-206020호, 평7-302666호, 평7-302667호, 평7-211374호, 평8-311420호, 평9-199206호, 평9-115335호 등이 있다.Conventionally, a combination of a lead line of a semiconductor chip or a liquid crystal display device and a connection portion of a driving circuit thereof is used to form a bump or use a carrier tape. However, this method is inadequate to form more detailed connecting portions. Thus, anisotropic conductive films capable of improving this have become widely used as materials for electrically connecting electronic components such as semiconductor devices and circuit boards. The use of anisotropic conductive films is becoming more diversified in accordance with the trend toward thinner and shorter electronic components. In recent years, computer monitors as well as televisions have become thinner and thinner. A connection method using an anisotropic conductive film (ACF) is widely used. In addition, in particular, the use of ACF in LCD mounting technology is intensifying, and a method of directly mounting a semiconductor circuit on a film or a glass substrate by a COF (Chip On Film) or COG (Chip on Glass) method is also rapidly developing. Examples of patents related to such an anisotropic conductive film include Japanese Patent Laid-Open Nos. 5-21094, 5-5-020020, 7-302666, 7-302667, 7-211374, 8-311420, and 9-199206 and 9-115335.

이방성 도전 필름은 기본적으로 도전성 입자와 절연성 수지로 구성되어 있다. 전기적 도전성을 나타내는 입자로는 초기에는 탄소섬유(carbon fiber)가 사용되었으며, 그 후 솔더볼(solder ball)이 사용되다가, 현재는 니켈입자나 플라스틱입자에 니켈과 금 등이 도금된 도전입자가 주로 사용되고 있다. 니켈은 낮은 가격과 비교적 좋은 전기 전도도를 가지고 있으나, 고온 고습한 조건에 노출될 경우 표면에서 부식이 일어나거나 산화되는 등의 문제가 발생할 수도 있다. The anisotropic conductive film is basically composed of conductive particles and insulating resin. Carbon particles were initially used as particles that exhibit electrical conductivity, and then solder balls were used. Currently, conductive particles in which nickel and gold are plated on nickel particles or plastic particles are mainly used. have. Nickel has a low price and relatively good electrical conductivity, but when exposed to high temperature and humidity conditions, it may cause problems such as corrosion or oxidation on the surface.

현재 ACF를 COG 용도 등에서 100㎛ 이하의 미세 패턴(Fine pattern)에 사용하는 경우에 일반적인 도전입자를 사용하는 경우 도전입자의 응집에 의하여 인접 회로 간의 절연성이 파괴되기 쉬운 문제가 있다. 이를 해결하기 위한 방법으로 여러 가지 해법들이 제안된 바, 주로 도전 입자의 표면에 전기 절연층을 형성시켜 도전성 입자간의 직접적 접촉을 방지하는 방법들이다. 일본 특허공보 제2836337호 또 는 제3050384호 등이 도전성 입자의 표면에 전기 절연층을 형성하는 새로운 기술에 대한 특허들이다.Currently, when ACF is used in a fine pattern of 100 μm or less in a COG application or the like, when general conductive particles are used, there is a problem that insulation between adjacent circuits is easily destroyed due to aggregation of conductive particles. As a method for solving this problem, various solutions have been proposed, which are mainly methods of preventing direct contact between conductive particles by forming an electrical insulation layer on the surface of the conductive particles. Japanese Patent Publication No. 2836337 or 3050384 and the like are patents for a new technology for forming an electrical insulation layer on the surface of conductive particles.

현재까지 도전입자의 표면에 전기 절연층을 형성하는 방법으로는 아래와 같이 주로 3가지의 방법이 제안된 바 있다.Up to now, three methods have been proposed as follows to form an electrical insulation layer on the surface of the conductive particles.

(1) 금속 표면 산화법 : 도전성 입자 표면이 Ni이나 Al인 경우에 산소 존재 하에서 가열하면 도전성 입자의 표면에 Ni 또는 Al의 산화피막이 형성되어 이것이 전기 절연층으로서의 역할을 하는 방법이다. 이 방법은 적용 가능한 금속의 종류가 제한적이며 전기 절연층의 두께가 충분하지 않다는 문제점이 있다.(1) Metal surface oxidation method: When the surface of electroconductive particle is Ni or Al, when it heats in presence of oxygen, the oxide film of Ni or Al will be formed on the surface of electroconductive particle, and this is a method which acts as an electrical insulation layer. This method has a problem that the type of applicable metal is limited and the thickness of the electrical insulation layer is not sufficient.

(2) 용액법 : 전기 절연성의 수지를 용제에 용해하고 도전성 입자를 이 용액에 분산시킨 후 이를 건조하여 도전성 입자의 표면에 전기 절연성의 수지층를 형성하는 방법이다. 이 방법은 쉽고 간편하기는 하나 수지를 용제에 용해시켜야만 가능하므로 용해 가능한 수지로만 수지의 종류가 한정되고 전기 절연층의 두께를 충분하면서 동시에 균일하게 제조하는 것이 어렵다는 단점이 있다.(2) Solution method: A method in which an electrically insulating resin is dissolved in a solvent, conductive particles are dispersed in this solution, and then dried to form an electrically insulating resin layer on the surface of the conductive particles. Although this method is easy and simple, it is only possible to dissolve the resin in a solvent, so that the resin is limited to the dissolvable resin, and it is difficult to prepare a uniform and uniform thickness of the electrical insulation layer.

(3) 건식법 : 전기 절연성의 수지를 분체로 만든 후 도전성 입자와 혼합한 후 고속에서 충돌시키는 방법을 이용하여 도전성 입자의 표면에 전기 절연성의 수지층을 형성시키는 방법이다. 이때 Mechano-fusion system과 같은 표면 개질 기기가 사용될 수 있다. 그러나 이 방법으로는 일시에 생산 가능한 양이 제한적이므로 생산성이 좋지 않고, 전기 절연층이 충분히 도전 입자와 밀착하기 어렵기 때문에 절연층의 박리가 발생하기 쉬우며 절연층 두께 또한 균일하지 못하는 등의 문제가 있다.(3) Dry method: It is a method of forming an electrically insulating resin layer on the surface of electroconductive particle using the method of making an electrically insulating resin into powder, mixing with electroconductive particle, and making it collide at high speed. In this case, a surface modification device such as a Mechano-fusion system may be used. However, this method has a limited amount of product that can be produced at one time, resulting in poor productivity, and since the electrical insulation layer is hardly in close contact with the conductive particles, the insulation layer is easily peeled off and the thickness of the insulation layer is not uniform. There is.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 도전성 모입자의 표면에 절연성 자입자를 결합시킴에 의해 절연층을 형성시킨 새로운 개념의 절연성 도전입자를 제공함을 목적으로 한다.The present invention is to solve the problems of the prior art as described above, it is an object of the present invention to provide an insulating conductive particles of a new concept in which an insulating layer is formed by bonding the insulating magnetic particles on the surface of the conductive parent particles.

즉, 본 발명의 하나의 측면은 커플링제로 처리된 무기 자입자가 도전성 모입자의 표면에 결합되어 절연층을 형성한 절연성 도전입자에 관한 것이다.That is, one aspect of the present invention relates to insulating conductive particles in which inorganic magnetic particles treated with a coupling agent are bonded to the surface of the conductive mother particles to form an insulating layer.

본 발명의 다른 측면은 무기 자입자의 표면을 커플링제로 처리하는 단계; 및Another aspect of the invention provides a method for treating an inorganic particle comprising treating the surface of an inorganic magnetic particle with a coupling agent; And

상기 처리된 무기 자입자를 도전성 모입자의 표면에 결합시켜 절연층을 형성하는 단계를 포함하는 절연성 도전입자의 제조방법에 관한 것이다. It relates to a method for producing insulating conductive particles comprising the step of bonding the treated inorganic magnetic particles to the surface of the conductive parent particles to form an insulating layer.

본 발명의 또 다른 측면은 상기 절연성 도전입자를 포함하는 이방성 도전재료에 관한 것이다.
Another aspect of the invention relates to an anisotropic conductive material comprising the insulating conductive particles.

이하에서 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.The present invention will be described in more detail below.

본 발명에서는 무기입자를 금속과 친화성이 강한 관능기를 포함하는 커플링제와 반응 또는 흡착시켜 금속 친화성의 자입자를 제조한 후, 이를 도전성 모입자와 접촉시키면 관능기의 강한 금속 친화성에 의하여 도전성 모입자 표면에 무기 자입자로 이루어지는 전기 절연층이 형성되는 현상을 이용하였다.In the present invention, after the inorganic particles are reacted with or adsorbed with a coupling agent containing a functional group having a strong affinity with the metal to prepare a metal affinity magnetic particles, and then contact with the conductive mother particles, the conductive mother particles by the strong metal affinity of the functional group The phenomenon in which the electrical insulation layer which consists of inorganic magnetic particles is formed in the surface was used.

본 발명에서 사용되는 도전성 모입자로는 일반적으로 알려진 금속 입자 자체 또는 금속을 유기 입자나 무기 입자에 도금한 금속 도금 입자 중 어느 쪽이라도 좋 다. 즉, 표면이 금속이라면 그 내부는 금속 입자 또는 유기 입자 또는 무기 입자 등 어느 것이라도 좋다. 금속의 예로는 니켈, 금, 은, 구리, 팔라듐, 루테늄, 로듐, 이리듐, 코발트, 알루미늄, 티탄, 바나듐, 크롬, 망간, 지르코늄, 몰리브덴, 인듐, 안티몬, 텅스텐 등이 가능하고, 유기계 입자의 예로는 스티렌계 수지 입자, 실리콘계 입자, 폴리에스테르계 입자, 폴리우레탄계 입자, 폴리아미드계 입자, 페놀계 입자, 테르펜계 입자, 멜라민계 입자, 구아나민계 입자 또는 이들의 복합수지 입자 등을 들 수 있다. 무기 입자의 예로는 알루미나, 이산화티탄, 티탄산 칼슘, 티탄산 마그네슘, 산화 아연, 클레이, 탄산 칼슘, 실리카, 탄화 텅스텐, 카본 블랙 등이 가능하다. 이러한 유기 입자 또는 무기 입자의 표면에 금속 도금을 하여 도전 입자를 만드는 경우에는 금, 은, 니켈, 팔라듐, 구리 등의 금속을 단독으로 또는 합금의 형태로 도금하는 것이 가능하고, 이러한 금속 도금을 한 층 또는 다층으로 도금하여도 좋다. 이러한 모입자의 체적 평균 입경으로는 이방 도전성 필름의 재료로 이용하기 위해서는 1∼50㎛의 범위가 바람직하다. 그 모입자의 평균 입경이 1㎛ 미만인 경우에는 이방성 도전 재료로 사용될 때 회로간의 도통을 얻기 어렵다. 한편 평균 입경이 50㎛ 초과인 경우에는 인접 회로간의 단락의 원인이 되기 쉽다.As the conductive mother particles used in the present invention, any of the generally known metal particles themselves or metal plating particles in which metals are plated on organic particles or inorganic particles may be used. That is, as long as the surface is a metal, the inside may be any of metal particles, organic particles, and inorganic particles. Examples of the metal include nickel, gold, silver, copper, palladium, ruthenium, rhodium, iridium, cobalt, aluminum, titanium, vanadium, chromium, manganese, zirconium, molybdenum, indium, antimony, tungsten, and the like. And styrene resin particles, silicone particles, polyester particles, polyurethane particles, polyamide particles, phenol particles, terpene particles, melamine particles, guanamine particles or composite resin particles thereof. . Examples of the inorganic particles include alumina, titanium dioxide, calcium titanate, magnesium titanate, zinc oxide, clay, calcium carbonate, silica, tungsten carbide, carbon black and the like. When the conductive particles are formed by metal plating on the surface of such organic particles or inorganic particles, it is possible to plate metals such as gold, silver, nickel, palladium, and copper alone or in the form of alloys. Plating may be performed in layers or multilayers. As a volume average particle diameter of such a mother particle, in order to use it as a material of an anisotropic conductive film, the range of 1-50 micrometers is preferable. When the average particle diameter of the mother particle is less than 1 µm, conduction between circuits is difficult to obtain when used as an anisotropic conductive material. On the other hand, when the average particle diameter is more than 50 µm, it is likely to cause short circuits between adjacent circuits.

본 발명에서 모입자 표면에 절연층을 형성하기 위해 사용되는 무기 자입자로는 알루미나, 이산화티탄, 티탄산 칼슘, 티탄산 마그네슘, 산화 아연, 클레이, 탄산 칼슘, 실리카, 탄화 텅스텐 등이 사용가능하며, 바람직하게는 표면이 OH기 처리된 친수성 퓸드 실리카(Hydrophilic fumed silica)를 사용한다. 다만 모입자에 비하여 일정 비율 이상의 크기인 경우 모입자의 표면에 흡착하기가 어려우므로 적당 한 크기의 자입자를 선택하는 것이 중요하다. 즉, 자입자의 체적 평균 입경은 모입자의 평균 입경의 1/3 이하, 바람직하게는 1/5 이하, 보다 바람직하게는 1/10 이하가 좋다. 자입자의 평균 입경이 모입자의 1/3보다 큰 경우에는 부착 상태가 안정되지 않고 모입자와 자입자의 과응집체가 생성된다.Inorganic magnetic particles used to form an insulating layer on the surface of the mother particle in the present invention may be used alumina, titanium dioxide, calcium titanate, magnesium titanate, zinc oxide, clay, calcium carbonate, silica, tungsten carbide, and the like. Preferably, hydrophilic fumed silica (OH group) is used. However, if the size is larger than a certain ratio compared to the parent particles, it is difficult to adsorb on the surface of the parent particles, so it is important to select the appropriate size of the own particles. That is, the volume average particle diameter of the magnetic particles is 1/3 or less, preferably 1/5 or less, and more preferably 1/10 or less of the average particle diameter of the mother particles. When the average particle diameter of the magnetic particles is larger than 1/3 of the mother particles, the adhesion state is not stabilized, and the aggregates of the mother particles and the magnetic particles are formed.

본 발명에서 사용 가능한 금속과 친화성이 강한 관능기를 가지는 커플링제 화합물로는 티올(-R-S-H), 티오에테르(-R-S-R'), 디설파이드(-R-S-S-R') 등의 관능기를 가진 실란 커플링제가 대표적이다. 예로는 상업적으로 쉽게 얻어지는 3-머켑토 프로필 트리 메톡시 실란, 3-머켑토 프로필 트리 에톡시 실란, 4-머켑토 부틸 메톡시 실란, 4-머켑토 부틸 에톡시 실란 등이 사용 가능하며, 또한 이러한 물질 이외에도, 상기 관능기 수가 1∼3이고 커플링이 가능한 실란이라면 제한되지 않고 사용될 수 있다.As a coupling agent compound which has a functional group with strong affinity with the metal which can be used by this invention, the silane couple which has functional groups, such as thiol (-RSH), thioether (-RS-R '), and disulfide (-RSS-R'), etc. Ring agent is representative. Examples include commercially readily obtainable 3-mermethopropyl trimethoxy silane, 3-merceto propyl triethoxy silane, 4-merceto butyl methoxy silane, 4-merceto butyl ethoxy silane, and the like. In addition to such materials, any of the functional groups having 1 to 3 and capable of coupling can be used without limitation.

본 발명에서 무기 자입자를 커플링제로 처리하는 방법을 구체적으로 설명하면 다음과 같다. 우선 유기 용매 상에 무기 자입자를 균일하게 분산시킨 후, 커플링제를 혼합하고 촉매로서 질산을 도입한다. 이 때, 유기용매로는 에틸알콜 또는 메틸알콜을 사용할 수 있고, 커플링제는 무기 자입자 100중량부 대비 1~5중량부의 함량으로 사용한다. 촉매로서 사용되는 질산은 62중량% 순도의 질산 용액을 사용하며, 무기 자입자 100중량부 대비 1~10중량부의 함량으로 사용한다. 그러나 상기 기술된 방법에 제한되지 않고, 종래 기술로부터 예측되는 다양한 방법을 사용할 수 있다.Referring to the method of treating the inorganic magnetic particles with the coupling agent in the present invention in detail. First, the inorganic magnetic particles are uniformly dispersed on the organic solvent, then the coupling agent is mixed and nitric acid is introduced as a catalyst. In this case, ethyl alcohol or methyl alcohol may be used as the organic solvent, and the coupling agent may be used in an amount of 1 to 5 parts by weight based on 100 parts by weight of the inorganic magnetic particles. Nitric acid used as a catalyst is a nitric acid solution of 62% by weight of purity, and is used in an amount of 1 to 10 parts by weight based on 100 parts by weight of inorganic particles. However, the method described above is not limited, and various methods predicted from the prior art can be used.

한편 상기 커플링제 처리된 무기 자입자와 도전성 모입자의 반응은 분산 매 체 존재하에서 혼합 처리에 의해 이루어진다. 상기 분산 매체로는 물, 메틸 알코올, 에틸 알코올, 이소프로필 알코올, 부틸 알코올 등의 알코올류, 헥산, 펜탄, 시클로헥산 등의 탄화 수소류, 초산 에틸 등의 에스테르류 등을 들 수 있고, 이것들을 1종 또는 2종 이상을 병용하는 것도 가능하다. Meanwhile, the reaction between the coupling agent-treated inorganic magnetic particles and the conductive mother particles is performed by mixing in the presence of a dispersion medium. Examples of the dispersion medium include alcohols such as water, methyl alcohol, ethyl alcohol, isopropyl alcohol and butyl alcohol, hydrocarbons such as hexane, pentane and cyclohexane, esters such as ethyl acetate, and the like. It is also possible to use 1 type or 2 or more types together.

상기 혼합 처리 공정에서 분산매체 내에서 입자의 농도는 자입자 및 모입자의 종류 및 입경 등에 따라서 다르지만 통상 5∼25중량% 범위가 바람직하다. 혼합 처리에서 입자 농도가 5 중량% 미만인 경우에는 모입자와 자입자의 접촉 확률이 저하되어 처리에 오랜 시간이 필요하고 또 경제적으로 바람직하지 않다. In the mixing process, the concentration of particles in the dispersion medium varies depending on the type and particle size of the magnetic particles and the mother particles, but is preferably in the range of 5 to 25% by weight. If the particle concentration in the mixing treatment is less than 5% by weight, the contact probability between the mother particles and the mother particles is lowered, so that the treatment requires a long time and is economically undesirable.

또한 무기 자입자와 도전성 모입자의 혼합비는 25:1∼15:1로 하는 것이 바람직하다. 혼합비가 상기 범위를 벗어나 무기 자입자가 도전성 모입자에 비해 과량인 경우 무기 자입자 상호간에 응집 현상이 발생하여 통전성이 저하될 수 있고 반대로 자입자가 모입자에 비해 극히 소량인 경우 도전성 모입자 표면의 금 도금 층이 충분히 절연되지 못하고 통전되는 문제점이 있다.In addition, it is preferable that the mixing ratio of an inorganic magnetic particle and an electroconductive mother particle shall be 25: 1-15: 1. If the mixing ratio is out of the above range and the inorganic magnetic particles are excessively larger than the conductive mother particles, aggregation may occur between the inorganic magnetic particles and the conduction may be deteriorated. There is a problem that the gold plating layer is not sufficiently insulated and energized.

반응 조건은 모입자 및 자입자의 종류나 입자 농도 그리고 입자 비중 등에 따라 달라 질 수 있지만, 반응 온도는 20∼200℃, 바람직하게는 30∼150℃, 보다 바람직하게는 40∼100℃의 범위이며, 또 교반 속도는 모입자와 자입자를 균일하게 분산시키는 속도가 적당하다. The reaction conditions may vary depending on the type, particle concentration, and specific gravity of the parent and child particles, but the reaction temperature is in the range of 20 to 200 ° C, preferably 30 to 150 ° C, more preferably 40 to 100 ° C. In addition, as for the stirring speed, the speed which distribute | disperses a mother particle and a magnetic particle uniformly is suitable.

상기와 같은 방법에 의해 제조된 절연성 도전입자는 단순히 물리적으로 부착되어 있는 절연성 피복 입자보다는 부착력이 크며, 공유 결합에 의한 부착보다는 부착력이 작아, 열과 압력이 없는 경우에는 절연성을 유지하고 열과 압력이 주어지 는 경우에는 쉽게 절연층이 파괴되어 절연성과 도전성의 균형이 적절히 이루어져 있으므로, 안정된 물성을 나타낸다. Insulating conductive particles prepared by the above method have a larger adhesion than the insulating coated particles that are simply physically attached, and have less adhesion than covalent bonds, and maintain insulation and heat and pressure in the absence of heat and pressure. In this case, the insulating layer is easily broken and the balance between insulation and conductivity is properly achieved, thus showing stable physical properties.

본원발명의 절연성 도전입자는 다양한 이방성 도전재료를 형성하는데 사용될 수 있다. 구체적으로는 수지 등의 매트릭스(matrix) 재료 중에 분산시키거나, 필름상 접착제, 페이스트상 접착제 등의 형태로 이용될 수 있다. 이 경우 이방성 도전재료 중에 포함된 절연성 도전입자의 함량은 입자의 표면이 절연성을 띠기 때문에 다량을 배합해도 인접 회로간의 단락이 발생하지 않기 때문에 특별히 한정되지 않지만, 통상 1∼95중량%의 범위이다.The insulating conductive particles of the present invention can be used to form various anisotropic conductive materials. Specifically, it may be dispersed in a matrix material such as a resin, or may be used in the form of a film adhesive or a paste adhesive. In this case, the content of the insulating conductive particles contained in the anisotropic conductive material is not particularly limited because the surface of the particles is insulative, so even if a large amount is mixed, short circuits between adjacent circuits do not occur, but are usually in the range of 1 to 95% by weight.

본 발명의 절연성 도전입자가 적용되는 대표적인 이방성 도전재료에 대해서 보다 구체적으로 설명하면 하기와 같다.Hereinafter, a representative anisotropic conductive material to which the insulating conductive particles of the present invention are applied will be described in more detail.

(1) 이방성 접착 필름(Anisotropic Conductive Film) (1) Anisotropic Conductive Film

필름상 접착제는 상기 절연성 도전입자를 절연성 접착제 중에 분산시킨 뒤에 필름 상으로 형성시킨 것이다. 절연성 접착제로는 절연 시트(Sheet) 등에 사용되고 있는 열가소성 재료나, 열이나 빛에 의하여 경화성을 나타내는 경화성 재료가 넓게 적용될 수 있지만, 이 중에서 에폭시계 접착제는 단시간에 경화가 가능하여 접속 작업성이 좋고 또 분자 구조 상 접착력이 우수하다는 등의 특징이 있어 바람직하다. 에폭시계 접착제로서는 예를 들면 고분자 에폭시, 고형 에폭시와 액상 에폭시, 페녹시 수지와 액상 에폭시, 우레탄이나 폴리에스테르, NBR 등을 혼합한 에폭시를 주성분으로 하고, 이에 잠재성 경화제나 커플링제 등의 각종 첨가제, 촉매 등을 첨가한 시스템이 일반적이다. 이방성 도전 필름의 제작은 공지의 방법에 의할 수 있 다. The film adhesive is formed into a film shape after disperse | distributing the said insulating conductive particle in an insulating adhesive agent. As the insulating adhesive, a thermoplastic material used for an insulating sheet or the like or a curable material exhibiting curability by heat or light can be widely applied. Among them, the epoxy adhesive can be cured in a short time, so that the connection workability is good. It is preferable because there are characteristics such as excellent adhesion on the molecular structure. As the epoxy adhesive, for example, a polymer epoxy, a solid epoxy and a liquid epoxy, an epoxy mixed with a phenoxy resin and a liquid epoxy, urethane, polyester, NBR and the like as a main component, various additives such as latent curing agents and coupling agents The system which added the catalyst, etc. is common. Preparation of the anisotropic conductive film may be by a known method.

(2) 페이스트상 접착제(2) paste adhesive

상기 접착 필름(ACF)과 유사한 절연성 접착제를 적당한 용제 내에서 상기 절연성 도전입자와 혼합하여 페이스트상으로 만들어 사용면에 도포하는 것에 의해 이방 도전성 접착제로 적용할 수 있다. 이방 도전성 페이스트상 접착제의 제작도 공지의 방법에 따른다.An insulating adhesive similar to the above-mentioned adhesive film (ACF) can be applied as an anisotropic conductive adhesive by mixing with the insulating conductive particles in a suitable solvent to form a paste and applying it to the use surface. Preparation of the anisotropic conductive paste adhesive also follows a well-known method.

이하에서 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명하고자 하나, 하기의 실시예는 설명의 목적을 위한 것으로, 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the following Examples are provided for the purpose of explanation and are not intended to limit the present invention.

실시예 1Example 1

반응 용기에 실리카(데구사 QS-10)60g, γ-머켑토 프로필 트리메톡시 실란 2g, 질산 5g 및 에탄올 200g을 넣고, 60℃의 온도를 유지하면서 실리카와 실란 커플링제를 반응시켜 머켑토 관능기를 가진 자입자를 제조하였다. 위 반응이 끝난 후 도전입자(NCI 9.7GNR -10㎛ 평균 입경) 3g을 투입하고, 다시 50℃에서 20시간 동안 반응시킨 후 자석을 이용하여 반응이 끝난 절연성 도전입자를 회수하였다. 60 g of silica (Degussa QS-10), 2 g of γ-merctopropyl trimethoxy silane, 5 g of nitric acid, and 200 g of ethanol were added to the reaction vessel, and the silica and the silane coupling agent were reacted while maintaining a temperature of 60 ° C. A magnetic particle having was prepared. After the above reaction, 3g of conductive particles (NCI 9.7GNR -10㎛ average particle diameter) were added thereto, and reacted at 50 ° C. for 20 hours, and then the insulating conductive particles were recovered by using a magnet.

실시예 2Example 2

반응 용기에 알루미나 60g, γ-머켑토 프로필 트리메톡시 실란 2g, 질산 5g 및 에탄올 200g을 넣고, 60℃의 온도를 유지하면서 알루미나와 실란 커플링제를 반 응시켜 머켑토 관능기를 가진 자입자를 제조하였다. 위 반응이 끝난 후 도전입자(NCI 9.7GNR -10㎛ 평균 입경) 3g을 투입하고, 다시 50℃에서 20시간 동안 반응시킨 후 자석을 이용하여 반응이 끝난 절연성 도전입자를 회수하였다. 60 g of alumina, 2 g of γ-mercito propyl trimethoxy silane, 5 g of nitric acid and 200 g of ethanol were added to the reaction vessel, and the alumina and silane coupling agent were reacted while maintaining a temperature of 60 ° C. to prepare a magnetic particle having a mucto functional group. It was. After the above reaction, 3g of conductive particles (NCI 9.7GNR -10㎛ average particle diameter) were added thereto, and reacted at 50 ° C. for 20 hours, and then the insulating conductive particles were recovered by using a magnet.

[물성 평가][Property evaluation]

실시예 1과 실시예 2에서 만들어진 절연성 도전입자의 물성을 아래와 같이 평가하였다.The physical properties of the insulating conductive particles made in Examples 1 and 2 were evaluated as follows.

(1) 제조된 절연성 도전입자의 절연성 평가(1) Insulation evaluation of the prepared insulating conductive particles

회수된 절연성 도전입자(도전입자와 머켑토 관능기에 의해 도전입자의 표면 금속층과 결합한 무기입자)의 절연성을 평가하기 위하여 실시예 1과 실시예 2에 의해 제조된 절연성 도전입자의 절연성을 TEST하기 위하여 도전입자를 미소압축경도계를 이용하였다. 그 결과는 아래와 같다.To test the insulation of the recovered insulating conductive particles (inorganic particles bonded with the surface metal layer of the conductive particles by the conductive particles and the mercury functional group) to test the insulating properties of the insulating conductive particles prepared in Examples 1 and 2 The microparticles were used for the conductive particles. The result is as follows.

초기 저항치Initial resistance 20% 압축 후(20mN의 힘으로 압축)After 20% compression (compression at 20mN force) 실시예 1Example 1 109Ω 이상10 9 Ω or more 100Ω 이하100Ω or less 실시예 2Example 2 109Ω 이상10 9 Ω or more 100Ω 이하100Ω or less NCI 9.7GNR (처리전)NCI 9.7GNR (Before Treatment) 100Ω 이하100Ω or less 100Ω 이하100Ω or less

위의 표에서 볼 수 있는 바와 같이 반응시키지 않은 원래의 도전입자는 미소압축경도계로 접속 저항 측정시 초기부터 100Ω(한 개의 저항치) 이하의 접속저항을 나타내지만, 실시예 1, 2에서 제조된 절연성 도전입자의 경우에는 초기에는 접 속 저항이 109Ω 이상으로 측정되어 절연성을 나타내는 것을 알 수 있고, 또한 이 절연 처리된 도전입자를 압축하면 원래 크기의 20% 정도 압축되었을 때 절연층이 파괴되며 접속 저항이 급격히 낮아져 100Ω 이하의 접속 저항을 나타냄을 알 수 있다. 즉 절연층이 파괴되면서 도전성을 회복하는 것을 볼 수 있다. 또한 전자 주사 현미경(SEM)으로 관찰해 보면 모입자의 표면에 자입자들이 붙어 있는 것을 확인할 수 있다. As can be seen from the above table, the original conductive particles that were not reacted showed connection resistance of 100 Ω (one resistance value) or less from the beginning when the connection resistance was measured with a microcompression hardness meter, but the insulating properties prepared in Examples 1 and 2 were used. In the case of conductive particles, it can be seen that the initial contact resistance is measured to be 10 9 Ω or more, indicating insulation. Also, if the compressed conductive particles are compressed, the insulating layer is destroyed when compressed to about 20% of the original size. It turns out that connection resistance falls rapidly and shows the connection resistance of 100 ohms or less. In other words, it can be seen that the conductive layer is restored while the insulating layer is broken. In addition, when observed under an electron scanning microscope (SEM) it can be seen that the magnetic particles are attached to the surface of the parent particle.

(2) 이방성 도전 필름 상에서의 도전성 평가(2) Evaluation of conductivity on the anisotropic conductive film

다음으로 실제 사용되는 예와 같이 이방성 도전 필름 상으로 만들어 도전성을 평가해 보았다.Next, the conductivity was evaluated by making it onto the anisotropic conductive film like the example used actually.

평가 1 : 실시예 1에서 얻어진 절연성 도전입자를 경화제를 포함한 에폭시계 접착제에 고형분 무게비율로 20%가 되게 배합하여 두께 25㎛의 이방성 도전 필름을 만들고 이 필름상 접착제를 유리 기판상의 ITO 전극과 피치(pitch) 50㎛ 두께 35㎛의 구리 회로에 주석 도금을 입힌 FPC와의 사이에 끼우고 170℃-20 Kgf/㎠-20sec의 열압착 조건에서 접속시켰다. 이 회로에 전압을 인가하였을 때 접속 저항이 9.6Ω이었으므로 도통이 되는 것이 확인되었다. Evaluation 1: The insulating conductive particle obtained in Example 1 was mix | blended with the epoxy adhesive containing a hardening | curing agent so that it may become 20% by solid content weight ratio, and an anisotropic conductive film with a thickness of 25 micrometers was made, and this film adhesive is pitched with the ITO electrode on a glass substrate, and pitch (pitch) 50 micrometers thick 35 micrometers copper circuits were pinched | interposed with the tinned FPC, and it connected under the thermocompression bonding conditions of 170 degreeC-20 Kgf / cm <2> -20 sec. When voltage was applied to this circuit, the connection resistance was 9.6 ohms, so it was confirmed that conduction occurred.

평가 2 : 실시예 2에서 얻어진 절연성 도전입자를 평가 1과 동일한 방법으로 필름화하고 회로를 만들었다. 이 회로에 전압을 인가한 후 측정한 접속 저항은 5.8Ω으로 도통이 되는 것이 확인되었다.Evaluation 2: The insulating conductive particles obtained in Example 2 were filmed in the same manner as in Evaluation 1 to form a circuit. It was confirmed that the connection resistance measured after applying a voltage to this circuit became 5.8 Ω.

본원 발명에 의한 절연성 도전입자는 단순히 물리적으로 부착되어 있는 절연성 피복 입자보다는 더 부착력이 크며 공유 결합에 의한 부착보다는 부착력이 작아 열과 압력이 없는 경우에는 절연성을 유지하고 열과 압력이 주어지는 경우에는 쉽게 절연층이 파괴되어 절연성과 도전성의 균형이 적절히 이루어져 있어, 물성이 안정되고 경제적으로 생산할 수 있다는 장점이 있으므로, 모듈 간이나 IC칩-회로간 등의 광범위 접속 재료로서 유용하게 적용가능하다.The insulating conductive particles according to the present invention have a larger adhesion than the insulating coated particles which are simply physically attached, and have a smaller adhesion than adhesion by covalent bonds, thereby maintaining insulation in the absence of heat and pressure, and easily insulating layers when heat and pressure are applied. This breakage results in an appropriate balance between insulation and conductivity, and the physical properties are stable and economical to produce. Therefore, the present invention can be usefully applied as a wide range of connection materials, such as between modules and between IC chips and circuits.

Claims (7)

커플링제로 처리된 무기 자입자가 도전성 모입자의 표면에 결합되어 절연층을 형성하며, 상기 커플링제가 티올, 티오에테르 또는 디설파이드 관능기를 가진 실란 커플링제이고, 상기 무기 자입자가 알루미나, 이산화티탄, 티탄산 칼슘, 티탄산 마그네슘, 산화 아연, 클레이, 탄산 칼슘, 실리카, 및 탄화 텅스텐으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 물질로 이루어지며, 상기 도전성 모입자가 금속 입자 또는 금속 도금된 유기 또는 무기입자인 것을 특징으로 하는 절연성 도전입자.Inorganic magnetic particles treated with a coupling agent are bonded to the surface of the conductive mother particle to form an insulating layer, wherein the coupling agent is a silane coupling agent having a thiol, thioether or disulfide functional group, and the inorganic magnetic particles are alumina or titanium dioxide. , At least one material selected from the group consisting of calcium titanate, magnesium titanate, zinc oxide, clay, calcium carbonate, silica, and tungsten carbide, wherein the conductive mother particles are metal particles or metal plated organic or inorganic particles. Insulating conductive particles, characterized in that. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 무기 자입자의 표면을 커플링제로 처리하는 단계; 및Treating the surface of the inorganic magnetic particles with a coupling agent; And 상기 처리된 무기 자입자를 도전성 모입자의 표면에 결합시켜 절연층을 형성하는 단계를 포함하고,Bonding the treated inorganic magnetic particles to a surface of a conductive mother particle to form an insulating layer, 상기 커플링제가 티올, 티오에테르 또는 디설파이드 관능기를 가진 실란 커플링제이고, 상기 무기 자입자가 알루미나, 이산화티탄, 티탄산 칼슘, 티탄산 마그네슘, 산화 아연, 클레이, 탄산 칼슘, 실리카, 및 탄화 텅스텐으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 물질로 이루어지며, 상기 도전성 모입자가 금속 입자 또는 금속 도금된 유기 또는 무기입자인 것을 특징으로 하는 절연성 도전입자의 제조방법.The coupling agent is a silane coupling agent having a thiol, thioether or disulfide functional group, and the inorganic magnetic particles are made of alumina, titanium dioxide, calcium titanate, magnesium titanate, zinc oxide, clay, calcium carbonate, silica, and tungsten carbide It is made of one or more materials selected from, wherein the conductive parent particles are metal particles or metal plated organic or inorganic particles manufacturing method of the insulating conductive particles, characterized in that. 제 1항에 따른 절연성 도전입자를 포함하는 이방성 도전재료.Anisotropic conductive material comprising the insulating conductive particles according to claim 1. 제 6항에 있어서, 상기 이방성 도전재료가 필름 또는 페이스트상 접착제인 것을 특징으로 하는 이방성 도전재료.The anisotropic conductive material according to claim 6, wherein the anisotropic conductive material is a film or a paste adhesive.
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