KR100601341B1 - 이방 도전성 접착제 및 이를 이용한 접착필름 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 절연성 접착성분 및 상기 절연성 접착성분에 분산되는 다수의 도전성 입자로 이루어지는 이방 도전성 접착제에 있어서, 상기 절연성 접착성분에 가교성 고무상 수지가 포함되는 것을 특징으로 하는 이방 도전성 접착제를 제공한다.
본 발명의 이방 도전성 접착제는 회로 접속시 중합 또는 경화반응 중에 일어나는 이방 도전성 접착제의 열수축을 최소화함으로써 접착제의 박리 또는 회로의 접착강도 저하를 방지함으로써 미세회로 접속시 인접 전극간의 단락을 예방할 수 있으며, 장기 신뢰성이 우수하다.
이방성, 도전, 접착제, 접착필름, 유연성, 회로기판, 가교, 고무, 열경화성

Description

이방 도전성 접착제 및 이를 이용한 접착필름{ANISOTROPIC CONDUCTIVE ADHESIVE AND THE ADHESIVE FLIM USING THEREOF}
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이방 도전성 접착필름의 개략적인 모식도이다.
도 2는 본 발명에 의한 이방 도전성 접착필름의 양면에 유연성 회로기판과 인쇄회로기판이 부착되어 있는 상태의 개략적인 모식도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10: 유연성 회로기판
11: 유연성 회로기판전극
20: 인쇄회로기판
21: 인쇄회로기판전극
30: 이방 도전성 접착필름
40: 접착성분
50: 도전성 입자
본 발명은 이방 도전성 접착제, 이를 이용한 접착필름(ACF)에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 절연성 접착성분에 가교성 고무상 수지가 포함되는 것을 특징으로 하는 이방 도전성 접착제와 이를 이용한 접착필름(ACF)에 관한 것이다.
이방 도전성 접착제는 절연성 접착성분 중에 도전성 입자를 분산시킨 회로접속재료로서, 대향하는 회로를 기계적으로 접착함과 동시에 회로 전극 사이에는 도전성 입자가 개재되어 전기적 접속을 이룬다. 절연성 접착성분으로는 열가소성수지와 열경화성수지 등이 사용가능한데, 접속신뢰성 측면에서 주로 열경화성수지를 사용하고 있다.
접착성분으로 열경화성 수지를 사용할 경우, 이방 도전성 접착제를 피접속부재 사이에 개재시켜 열압착함으로써 접속이 이루어 지는데, 충분한 접속신뢰성이나 접착강도를 위해 고온에서 상당한 경화반응 진행시간을 필요로 한다. 대표적으로 에폭시 수지계의 경우, 140내지 180℃에서 20초정도 또는 180내지 210℃에서 10초 정도의 접속시간을 필요로 한다.
하지만, 이러한 접속조건에서는 배선의 탈락, 인접전극간 단락 및 위치의 어긋남이 발생하는 등의 문제가 있다. 더욱이 최근 정밀 전자기기 분야에서는 회로의 고밀도화가 진행되고 있어 전극 폭, 전극 간격이 매우 좁아짐에 따라 이러한 문제는 심화되고 있다. 또한 장시간에 걸친 접속시간은 생산 효율을 저하시키며, 효율향상을 위하여 10초이하의 접속시간이 요구되게 되었다.
또한, 상기의 문제점을 극복하기 위해 저온에서의 가열 또는 광경화에 의해 라디칼 중합이 일어나고, 가교에 의해 경화함을 특징으로 하는 라디칼 중합성 수지를 사용 하는 접속재료가 고안되었으나, 이 경우에도 중합반응에 의한 수축이 크므로 경화 후에 접속부분에 내부응력이 축적되어 박리되기 쉽고, 전극 간격이 좁은 경우 접속재료의 수축에 의해 전극 간격이 축소되고 이로 인하여 단락이 발생하는 문제점이 여전히 존재하고 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 고려하여 창안된 것으로서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이방 도전성 접착제를 이용한 회로 접속시 중합 또는 경화반응 중에 일어나는 이방 도전성 접착제의 수축을 최소화함으로써 접착제의 박리 또는 전극의 이동에 의한 단락현상을 방지하고, 장기 신뢰성이 우수한 이방 도전성 접착제를 제공하는데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 상기 이방 도전성 접착제를 이용한 접착필름을 제공하는데 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명에 의한 이방 도전성 접착제는 절연성 접착성분 및 상기 절연성 접착성분에 분산되는 다수의 도전성 입자로 구성되며, 상기 절연성 접착성분에 가교성 고무상 수지를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기의 이방 도전성 접착제는 필름상, 페이스트상, 분체상의 형태로 사용되어 질 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이방 도전성 접착필름의 개략적 모식도 이다. 도 1에서 도시된 바와 같이 상기 이방 도전성 접착제에 의한 접착필름(30)은 가교성 고무상 수지를 포함하는 절연성 접착성분(40)과 도전성 입자(50)로 구성되어 있다.
본 발명에 따른 이방 도전성 접착제에 있어서, 상기 가교성 고무상 수지는 올레핀 수지, 부타디엔 수지, 아크릴로 나이트릴 부타디엔 공중합체, 스타이렌 부타디엔 스타이렌 공중합체, 이소부틸렌 이소프렌 공중합체(IIR), 나이트릴 부타디엔 고무상 수지, 클로로프렌 고무상 수지, 비닐 부틸알 수지 또는 실리콘 고무상 수지로 이루어지는 군에서 선택되는 1 또는 2 이상의 성분이 사용될 수 있다.
상기에서 올레핀 수지로서는 에틸렌 수지, 부릴계 고무상 수지, 에틸렌 프로필렌 공중합체(EPDM) 등이 바람직하다.
본 발명에 따른 이방 도전성 접착제에 있어서, 상기 가교성 고무상 수지는 절연성 접착성분 100중량부에 대하여 1 ~ 20 중량부인 것이 바람직하다.
만약 상기 가교성 고무상 수지 성분의 함량이 20 중량부 이상이면 복원 탄성력과 경화밀도가 지나치게 높게 유발되어 접착력이 감소되는 문제점이 있고, 1 중량부 이하이면 회로 접속시 경화반응이 충분하게 진행되지 않는 문제점이 있다.
본 발명에서의 가교성 고무상 수지는 회로 접속시 중합 또는 경화반응 중에 일어나는 이방 도전성 접착제의 수축을 최소화함으로써 접착제의 박리 또는 회로의 접착강도 저하를 방지하고 장기 신뢰성이 우수한 이방 도전성 접착제를 제공한다.
본 발명의 이방 도전성 접착제의 절연성 접착성분으로서 열가소성 수지, 열경화성 수지 또는 라디칼 중합성 수지를 1종 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있 다.
상기에서 열가소성 수지로서는 스티렌 부타디엔 수지, 에틸렌 비닐 수지, 에스테르계 수지, 실리콘 수지, 페녹시 수지, 아크릴계 수지, 아미드계 수지 또는 아크릴레이트계 수지, 폴리비닐부티랄 수지 등이 사용 가능하다.
상기에서 열경화성 수지로서는 에폭시 수지, 페놀수지, 멜라민 수지 등이 사용될 수 있으며, 에폭시 수지로서는 비스페놀형 에폭시 수지, 크로졸노포락형 에폭시 수지, 지방족 폴리 에폭시 수지, 다이머산 변성 에폭시 수지 등을 사용할 수 있다.
본 발명에서 접착성분에 열경화성 수지를 포함할 경우에는, 상온에서는 불활성이며 가열 용융후에 활성화하여 열경화성 수지를 경화시키는 경화제를 사용하며, 이러한 경화제로서는 이미다졸 변성물 (복소환 함유 아민 유도체), 이염기산디하이드라지드, 디시안디아미드 등을 사용할 수 있다. 상기 경화제는 열경화성 수지 100중량부에 대하여 1 ~ 200중량부를 사용한다.
상기에서 라디칼 중합성 수지는 라디칼에 의해 중합하는 관능기를 갖는 물질로서 단량체 또는 올리고머 등이 사용 가능하며, 단량체와 올리고머를 병용하는 것도 가능하다. 라디칼 중합성 수지로서는 메틸아크릴레이트, 에틸아크릴레이트, 비스페놀A에티렌글리콜변성디아크릴레이트, 이소시아눌산에티렌글변성디아크릴레이트 트리프로필렌글리콜디아크릴레이트, 테트라에틸렌글리콜디아크릴레이트, 폴리에틸글리콜디아크릴레이트 펜타에리스톨트리아크릴레이트, 트리메티롤프로판트리아크릴레이트, 트리메티롤프로판프로필렌글리콜트리아크릴레이트, 트리메티롤프로판에틸 렌글리콜트리아크릴레이트, 이소시아눌산에티렌글리콜변성트리아크릴레이트, 디펜타에리스리톨펜타아크릴레이트, 디펜타에리스리톨헥사아크릴레이트, 펜타에리스톨테트라아크릴레이트, 디시클로펜테닐아크릴레이트, 트리시클로데카닐아크릴레이트 등의 아크릴레이트계, 메타크릴레이트계, 말레이미드 화합물, 불포화폴리에스테르, 아크릴산, 비닐아세테이트, 아크릴로니트릴, 메타르릴로니트릴 화합물 등이 사용될 수 있다.
본 발명에서 접착성분에 라디칼 중합성 수지가 포함될 경우, 중합개시제를 사용하여 라디칼 중합성 수지를 활성화하여 고분자 네트구조 또는 고분자 IPN구조를 형성하는 기능을 수행하는데, 이러한 가교 구조의 형성에 따라 절연성 접착성분이 경화된다. 중합개시제로는 과산화 화합물과 같은 열중합개시제 및/또는 카르보닐 화합물, 유황 화합물 및 아조계 화합물과 같은 광중합개시제를 사용할 수 있는데, 중합개시제의 함량은 라디칼 중합성 수지의 종류와 목적하는 회로접착공정의 신뢰성과 작업성 등에 따라 조절할 수 있으나, 라디칼 중합성 수지 100중량부에 대하여 0.1∼10중량부인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 이방 도전성 접착제의 접착성분에는 필요한 경우 충전재, 연화제, 촉진제, 착색제, 난연화제, 광안정제, 커플링제, 중합금지제 등이 더 첨가될 수 있다. 예를 들어, 충전재 첨가시 접속신뢰성 등을 향상시킬 수 있으며, 커플링제를 첨가시에는 이방 도전성 접착제의 접착계면의 접착성을 개선하고, 접착강도나 내열성, 내습성을 향상하여 접속신뢰성을 증대시킬 수 있다. 이러한 커플링제로서는 특히 실란 커플링제, 예를 들어 베타-(3,4 에폭시시클로헥실)에틸트리메톡시 실란, 감마-머캅토프로필트리메톡시실란, 감마-메타크릴록시트로필트리메톡시실란 등이 있다.
본 발명에서 상기 절연성 접착성분에 분산되는 다수의 도전성 입자는 니켈, 철, 구리, 알루미늄, 주석, 아연, 크롬, 코발트, 은, 금 등의 금속 또는 금속산화물, 땜납, 카본 등 도전성이 있는 입자 자체를 사용하거나, 유리, 세라믹, 고분자 등의 핵재 표면에 무전해 도금법 등의 박층형성방법을 통하여 금속박층을 형성시킨 입자 또는 상기 도전성 입자 자체나 핵재 표면에 금속박층이 형성된 입자 표면에 절연성 수지로 피복한 입자를 도전성 입자로 사용할 수 있다.
상기에서 도전성 입자의 지름은 접속하고자 하는 회로의 피치 등에 따라 다르나 지름이 1∼20㎛인 것을 사용하는 것이 바람직하고, 지름이 2∼10㎛인 것을 사용하는 것이 보다 바람직하다.
상기에서 도전성 입자의 함량은 상기 가교성 고무상 수지가 포함된 접착성분의 0.1 ~ 5체적%를 사용하는 것이 바람직하다. 0.1 체적% 이하이면 접속회로 사이에 존재하는 도전성 입자의 양이 적기 때문에 접속 신뢰성이 저하되고 5 체적%를 넘으면 미세회로를 접속하는 경우에 인접하는 전극 사이에 쇼트가 발생하기 쉽다.
이하, 본 발명의 이방 도전성 접착제를 사용하여 회로를 접속할 때의 작용에 대해 설명한다.
도 1를 참조하면, 본 발명의 이방 도전성 접착제에는 다수의 도전성 입자가 절연성 접착성분에 분산되어 있다.
먼저, 전술한 이방 도전성 접착제를 서로 대향하는 회로전극을 구비한 상기 판(10)과 하기판(20) 사이에 개재시킨다(도 1).
이어서, 소정의 온도와 압력으로 가열가압하면 절연성 접착성분이 경화되기 전에 회로전극 사이는 도전성 입자를 통하여 전기적으로 접속된다.
그후, 절연성 접착성분이 완전히 경화되어 상기판과 하기판이 견고하게 접착, 고정됨으로써 본 발명에 따른 이방 도전성 접착제에 의해 대향하는 회로전극 사이가 전기적으로 접속된 신뢰성 높은 회로 접속 구조체가 형성된다(도 2).
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 기술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어져서는 안된다. 본 발명의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다.
<실시예 1>
페녹시 수지(인켐사, 상품명 PKHC, 평균 분자량 45,000) 50g을 톨루엔(비점 110.6℃, SP 값 8.90)/아세톤(비점 56.1℃, SP 값 10.0)이 50/50의 중량비로 혼합된 혼합용제에 용해시켜 고형분이 40%인 용액을 제조하였다. 이어서, 라디칼 중합성 수지인 에틸렌 글리콜 변성 비스페놀 A 디아크릴레이트(동아합성, 상품명 M-210)를 25g, 중합개시제인 t-헥실퍼옥시-2-에틸헥사노에이트(닛본 유시 주식회사, 상품명 퍼큐어 HO)를 5g, 가교성 고무상 수지로서 무니점도 ML1+4@100℃:34 인 EPDM ( 금호폴리켐사, 상품명 Vistalon 503K)를 7g 첨가하였다. 여기에 금속 피복된 수지입자(적수화학사, 상품명 Micropearl AU205, 5.0㎛)로 이루어진 도전성 입자를 상기 접착성분의 3 체적%가 되도록 첨가한 후 고르게 분산시켜 이방 도전성 접착제를 제조하였다. 그런 다음, 두께 50㎛의 편면을 이형 처리한 PET 필름에 도공 장치를 사용하여 이방 도전성 접착제를 도포하고 70℃에서 10분간 열풍 건조시켜 접착제 층의 두께가 35㎛인 이방 도전성 접착 필름을 얻었다.
<실시예 2>
가교성 고무상 수지로서 EPDM(금호 폴리켐사, 상품명 KEP-330, 무니점도 ML1+4@125℃:28) 고무상 수지를 7g 첨가한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 이방 도전성 접착필름을 제조하였다.
<실시예 3>
가교상 고무상 수지로서 부틸 고무상 수지(InterService사, 상품명 BK-1675N, 무니점도 ML1+8@125℃:47-54) 7g을 첨가한 것을 제외하고는 실시예1과 동일한 방법으로 이방 도전성 접착필름을 제조하였다.
<비교예 1>
가교성 고무상 수지를 첨가하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 이방 도전성 접착필름을 제조하였다.
<비교예 2>
가교성 고무상 수지인 EPDM 고무상 수지 대신 가교성 고무상 수지가 아닌 SBR 고무상 수지(SEETEC사, 상품명 SB 1500H, 무니점도 ML1+4@100℃:52)를 첨가한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 이방 도전성 접착필름을 제조하였다.
<비교예 3>
가교성 고무상 수지인 EPDM 고무상 수지 대신 가교성 고무상 수지가 아닌 NBR 고무상 수지(Zeon사, 상품명 N21L, 무니점도 ML1+4@100℃:62.5)를 첨가한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 이방 도전성 접착필름을 제조하였다.
상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 3에 따라제조한 이방 도전성 접착필름을 선폭 50㎛, 피치 100㎛, 두께 18㎛의 구리 회로를 500개 갖는 유연한 회로판(FPC) 사이에 각각 개재시키고, 한쪽 FPC상에 이방 도전성 접착필름의 접착면을 부착한 다음, 70℃, 5kg/cm2에서 5초간 가열가압하여 폭 2mm에 걸쳐 가접속시키고, PET 필름을 박리하여 다른 한쪽의 FPC와 접속함으로써 회로를 접속하였다. 이어서 160℃, 30kg/cm2에서 10초간 가열가압하여 회로 접속 구조체를 완성하였다.
이렇게 제조된 회로 접속 구조체를 65℃, 상대습도 95%의 조건에서 1000시간 방치한 후에 접착강도, 접속저항을 측정하였고, 또한 각 시편을 100매씩 압착하여 쇼트 발생율을 측정하였다. 그 결과를 아래 표 1에 나타냈었다.
접착강도(gf/cm) 접속저항(Ω) 쇼트 발생수(매)
초기 환경시험후 초기 환경시험후
실시예 1 1310 1100 1.88 2.00 -
실시예 2 1320 1250 1.89 1.99 -
실시예 3 1290 1010 1.85 2.00 -
비교예 1 971 750 1.89 3.01 6
비교예 2 1015 940 1.85 2.35 2
비교예 3 1020 910 1.98 3.29 2
표 1을 참조하면, 본 발명에 따른 실시예 1 내지 3의 이방 도전성 접착제를 사용한 회로접속 구조체는 접착강도, 통전저항 및 쇼트 발생율에 있어서 모두 양호함을 알 수 있다.
반면 비교예 1 내지 3의 경우 모두 쇼트 발생이 일어났으며 접착강도 및 통 전저항에 있어서도 본 발명의 이방 도전성 접착제를 사용하여 회로접속한 경우보다 열악한 것을 알 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 이방 도전성 접착제는 회로 접속시 중합 또는 경화반응 중에 일어나는 이방 도전성 접착제의 수축을 최소화함으로써 접착제의 박리 또는 전극의 이동에 의한 단락현상을 방지하고, 장기 신뢰성이 우수하다.

Claims (7)

  1. 절연성 접착성분 및 상기 절연성 접착성분에 분산된 다수의 도전성 입자로 이루어지는 이방 도전성 접착제에 있어서,
    상기 절연성 접착성분에 가교성 고무상 수지가 포함되고,
    상기 가교성 고무상 수지는 상기 절연성 접착성분 100중량부에 대하여 1 ~ 20 중량부의 비율로 함유되며,
    상기 도전성 입자는 상기 가교성 고무상 수지가 포함된 접착성분의 0.1 ~ 5 체적%인 것을 특징으로 하는 이방 도전성 접착제.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 가교성 고무상 수지는 올레핀 수지, 부타디엔 수지, 아크릴로 나이트릴 부타디엔 공중합체, 스타이렌 부타디엔 스타이렌 공중합체, 이소부틸렌 이소프렌 공중합체(IIR), 나이트릴 부타디엔 고무상 수지, 클로로프렌 고무상 수지, 비닐 부틸알 수지 또는 실리콘 고무상 수지로 이루어지는 군에서 선택되는 1 또는 2 이상의 성분으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 이방 도전성 접착제.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 올레핀 수지는 에틸렌 수지, 부릴계 고무상 수지, 에틸렌 프로필렌 공중합체(EPDM) 인 것을 특징으로 하는 이방 도전성 접착제.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 절연성 접착성분은 열가소성 수지, 열경화성 수지 또는 라디칼 중합성 수지를 1종 또는 2종 이상 혼합하여 이루어진 것을 특징으로 하는 이방 도전성 접착제.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 절연성 접착성분은 라디칼 중합성 수지와 중합개시제를 포함하는 것을 특징으로 하는 이방 도전성 접착제.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 이방도전성 접착제는 필름형태인 것을 특징으로 하는 이방 도전성 접착제.
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