KR100617410B1 - 열경화성 전기전도성 접착 시트, 이를 이용한 연결 구조체및 연결 방법 - Google Patents

열경화성 전기전도성 접착 시트, 이를 이용한 연결 구조체및 연결 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 간단하고 쉬운 방법에 의해 제공되고, 기계적, 열적 및 전기적 안정성과 낮은 저항을 갖는 전기 연결부를 제조할 수 있는 열경화성 전기전도성 접착 시트에 관한 것이다.

Description

열경화성 전기전도성 접착 시트, 이를 이용한 연결 구조체 및 연결 방법 {THERMOCURABLE ELECTROCONDUCTIVE ADHESIVE SHEET, CONNECTION STRUCTURE AND CONNECTION METHOD USING THE SAME}
본 발명은 열경화성 전기전도성 접착 시트에 관한 것으로, 특히 전기 회로의 배선 패턴을 연결하는데 유용한 열경화성 전기전도성 접착 시트에 관한 것이다.
열 방출판 또는 하우징 등에 대형 회로를 전기적으로 연결하거나, 인쇄 배선 기판을 접지시키거나, 또는 마이크로파 인쇄 회로 기판을 전기적으로 연결하는 경우에 기계적, 열적 및 전기적으로 안정한 연결이 요구되고 있다.
최근에, 전기 장치의 중량 감소 및 소형화로 인해 전자 부품이 치밀하게 집적된 전기 회로가 만들어지고 있다. 일반적으로, 전기 회로는 고주파 신호를 이용하여 전기 장치를 제어한다. 그러나, 이러한 고주파 신호는 전기 장치의 오동작을 초래할 수 있는 외부 노이즈에 의해 쉽게 영향받는다. 이러한 노이즈의 영향을 제거하기 위해, 통상 용이하게 그리고 신뢰성 있게 형성되는 낮은 저항의 전기적 연결부를 포함하는 전기 회로의 차폐 및 접지가 요구된다.
전도성 접착제 및 금속 포일 테이프는 전자 장치의 크기 및 중량이 고려되어야 하는 경우에 전기 회로의 배선 패턴들을 연결하는 데에 사용하기에 적합한 전형 적인 전기전도성 재료이다.
일본 특개평 1-113480호 및 일본 특개평 1-309206호에는 전도성 입자가 분산된 열경화성 수지를 포함하는 전기전도성 접착제가 기술되어 있다. 전기전도성 접착제에는 가압 하에서 열경화성 수지를 열적으로 경화시켜 전도성 입자를 서로 접촉하게 함으로써 전도성이 제공된다. 전도성 입자는 일반적으로 점 접촉 상태로 연결된다. 즉, 전도성 입자는 접촉 표면적이 극히 작은 상태로 서로 전기적으로 연결된다.
이러한 경우, 전기전도성 접착제의 전도성은 환경 변화 및 바람직하지 않은 불안전성에 의해 악영향을 받는다. 또한, 오븐과 같은 일반적인 기기를 사용하여 가압 하에서 수지를 열적으로 경화시키는 것은 어렵다. 더욱이, 열경화시에 접촉점에 압력을 가하기 위해서 특정 지그가 요구된다. 이러한 요인들이 제조 공정을 복잡하게 한다.
이러한 전기전도성 접착제를 포함하는 전기 장치는 큰 전류가 가해지는 경우 접촉점에서 접촉 저항이 증가할 뿐만 아니라 이에 따라 열 발생이 증가하는 문제점이 있다. 금속으로 도금된 중합체 입자로부터 제조된 전도성 입자는 일정 크기까지 접촉 표면적을 증가시킬 수 있으나, 도전층의 두께가 극히 얇아서 과다한 열을 발생시킬 수 있다. 예를 들어, 100 와트 이상의 전력이 이러한 전기전도성 접착제에 의해 형성된 전기적 연결부에 계속해서 가해지는 경우, 주위의 전기 부품이 악영향을 받는 정도까지 주울 열이 발생된다.
금속 포일 테이프는 금속 포일과 감압 접착층을 기본 구성으로 하는 전도성 감압 접착 시트이다. 금속 포일층이 엠보싱 처리되어 중공의 볼록한 부분을 갖는 엠보싱 처리된 금속 포일 테이프 경우에, 중공의 볼록한 부분은 전도성 접착판(adherend)과의 직접적인 전기 접촉을 형성하기 위해서 감압 접착층을 누르고 찢는 것을 필요로 한다. 또한, 중공의 볼록 부분은 전성이 있어 쉽게 변형되고, 그 결과 상대적으로 넓은 접촉 표면적이 쉽게 얻어질 수 있다. 그 결과로, 금속 포일 테이프의 전도성은 전술한 전도성 접착제의 경우보다 더 안정하다.
그러나, 금속 포일 테이프의 경우, 감압 접착층은 일반적으로 아크릴형 감압 접착제를 함유하여 열 안정성 및 기계적 강도의 측면에서 열등하다. 이와 같이, 큰 전류가 가해지는 경우에 생성되는 주울 열은 금속 포일을 접착판으로부터 분리시킨다.
상기에 기술된 전도성 접착제 및 금속 포일 테이프의 한계로 인해, 큰 전류를 전달하는데 필요한 전기적 연결부는 복잡한 공정과 관계되는 일본 특공평 7-16090 (1995년)에 기술된 바와 같이 전형적으로는 용접 또는 기계적 코킹(caulking)에 의해 형성된다.
본 발명은 상기에 기술된 문제점을 해결하고 낮은 저항과, 기계적, 열적 및 전기적 안정성을 갖는 전기적 연결부를 형성할 수 있는 열경화성 전기전도성 접착 시트를 제조하는 간단한 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 전면 및 배면을 갖는 시트 형태의 전기전도층과 상기 전기전도층의 전면에 부착되는 접착층을 포함하는 열경화성 전기전도성 접착 시트에 관한 것 으로, 전면 방향으로 상승된 볼록 부분은 전기전도층 상에 형성된다. 접착층은 열경화성 접착제로 이루어진다. 전기전도층의 볼록 부분은 접착층을 통과하고 접착층이 가압 및 가열에 의해 접착판에 부착될 때 접착판과 접촉한다.
또한, 본 발명은 전면 및 배면을 갖는 시트 형태의 전기전도층과, 전기전도층의 전면에 부착되는 접착층과, 전기전도층의 배면에 부착되는 접착층을 포함하는 열경화성 전기전도성 접착 시트에 관한 것으로, 전면 방향으로 상승된 볼록 부분과 배면 방향으로 상승된 볼록 부분이 전기전도층 상에 형성된다. 접착층은 열경화성 접착제로 이루어진다. 전기전도층의 볼록 부분은 접착층을 통과하고 접착층이 가압 및 가열에 의해 접착판에 부착될 때 접착판과 접촉한다.
본 발명은 첨부 도면과 함께 본 발명의 다양한 실시예에 대한 이하의 상세한 설명으로부터 더욱 완전하게 이해될 수 있다.
도1은 본 발명의 열경화성 전기전도성 접착 시트의 일 예의 단면도이다.
도2는 본 발명의 열경화성 전기전도성 접착 시트의 일 예의 평면도이다.
도3은 볼록 부분과 접착층이 전도층의 한 면에만 형성된 본 발명의 열경화성 전기전도성 접착 시트의 접착판으로의 부착을 개략적으로 도시한 흐름도이다.
도4는 본 발명의 열경화성 전기전도성 접착 시트를 사용하여 형성된 연결 구조체의 단면도이다.
도5a 내지 도5c는 본 발명의 열경화성 전기전도성 접착 시트에 의해 전기적 연결부를 형성하는 방법을 개략적으로 도시한 흐름도이다.
도면 부호의 설명
1 : 전기전도층
2, 2' : 접착층
3 : 열경화성 전기전도성 접착 시트
4, 4' : 돌출 부분
5, 5' : 접착판
본 발명은 다양한 변형예 및 대체 형태로 수정될 수 있을지라도, 그 구체적인 것은 도면에서 예로서 도시되었고 상세히 설명될 것이다. 그러나, 이것이 본 발명을 기술된 특정 실시예로 한정하고자 하는 것임을 이해하여야 한다. 반대로, 본 발명의 사상 및 범주에 속하는 모든 변형예, 균등물 및 대체예를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도면 전체에 걸쳐, 유사하거나 균등한 요소는 동일한 도면 부호로 지시된다.
본 발명의 열경화성 전기전도성 접착 시트의 일 예의 단면을 도시한 도 1에 의하면, 열경화성 전기전도성 접착 시트는 전기전도층(1), 전기전도층의 전면에 형성된 접착층(2) 및 전기전도층의 배면에 형성된 접착층(2')을 포함한다. 전기전도층(1)은 전도성 재료로 제조된 시트 형태이고 전면 및 배면을 갖는다.
전기전도층의 두께는 다양할 수 있으나, 일반적으로 1 내지 2000㎛, 바람직하게는 30 내지 1,000㎛, 더욱 바람직하게는 50 내지 500㎛이다. 전기전도층의 두께가 약 1㎛보다 얇은 경우, 전기전도층의 강성은 감소하고 접촉점에 효과적으로 가해질 수 있는 응력의 양은 제한된다. 대조적으로, 전기전도층의 두께가 약 2,000㎛보다 두꺼운 경우, 강성은 너무 높게 되고 접착판에 접착층을 단단히 부착시키기 위해 큰 압력이 필요하게 된다.
전기전도층의 전면과 배면에 부착되는 접착층의 두께는 전기전도층(1)과 (도시되지 않은) 접착판 사이의 접촉 형성의 용이함 및 충분한 접착 강도를 얻는 능력에 따라 좌우된다. 일반적으로, 접착층(2, 2')은 두께가 1 내지 100㎛, 바람직하게는 5 내지 50㎛, 더욱 바람직하게는 10 내지 30㎛이며, 전기전도층(1)의 양면에 형성된다.
전면 방향으로 돌출된 볼록 부분(4)과 배면 방향으로 돌출된 볼록 부분(4')은 전도층(1)에 형성된다. 볼록 부분들의 윤곽 형태는 특별하게 제한되지 않으며 둥글거나, 다각형이거나 격자 형태일 수 있다. 전형적인 볼록 부분은 둥근 평면 형상을 갖는 돌출부이다.
볼록 부분의 크기는 여러 가지 요인에 따라 변할 수 있다. 예를 들어, 볼록 부분의 유용한 최소 및 최대 높이는 일반적으로 접착판의 표면 거칠기와 관계된다. 볼록 부분의 높이는 일반적으로 접착판의 최대 표면 거칠기를 초과하여야 한다. 볼록 부분의 높이가 접착판의 표면 거칠기보다 작으면, 접착판과 열경화성 전기전도성 접착 시트 사이의 접촉이 불안정하기 쉽다. 그러나, 볼록 부분의 높이는 일반적으로 원하는 연결부를 형성하기 위해 큰 압력이 요구되는 정도까지 접착판의 최대 표면 거칠기를 초과하지는 않아야 한다. 볼록 부분의 높이가 접착판의 최대 표면 거칠기를 크게 초과하면, 적당한 접촉 표면적을 갖는 소정의 연결부를 형성하기 위해 볼록 부분을 변형시키는 데에 과다한 압력이 필요할 수도 있다. 볼록 부분(4, 4')의 크기는 그 높이가 일반적으로 1 내지 2,000㎛이고 그 평균 직경이 10 내지 20,000㎛이다. 1톤 이하의 프레스(press machine)와 일반적인 접착판을 사용하는 경우, 적당한 높이 및 평균 직경은 각각 10 내지 200㎛ 및 100 내지 2,000㎛가 된다.
볼록 부분(4, 4')은 바람직하게 중공 상태이다. 볼록 부분이 중공 상태인 경우, 이들은 비교적 쉽게 변형될 수 있다. 그 결과, 중공의 볼록 부분이 접착판과 직접 접촉하여 압력을 받는 경우, 접착판과의 접촉 표면적은 상기 변형으로 인해 증가할 수 있으며, 전기적 연결부의 저항은 더 낮아질 수 있다. 또한, 중공의 볼록 부분이 스프링과 같이 쉽게 변형되기 때문에, 연결부 안정성이 증가될 수 있다.
볼록 부분(4, 4') 및 전기전도층(1)이 도1에서 일체형으로 형성되어 있을지라도, 볼록 부분은 전기전도성 부재와 직접 접촉할 수 있는 한 이러한 형태로 제한되지 않는다. 더욱이, 볼록 부분은 각각의 표면 측면당 하나로 제한되지 않는다. 접착판과 가능한 한 많은 접촉을 하기 위해서 다수의 볼록 부분이 서로 간격을 두고 전기전도층의 일 면 또는 양면에 형성될 수 있다.
도2는 본 발명의 열경화성 전기전도성 접착 시트의 일 예의 평면도를 도시한 것이다. 복수의 돌출부(6, 6') 및 복수의 오목부(7,7')가 볼록 부분에 대응되는 소정의 간격으로 전기전도층에서 규칙적으로 형성될 수 있다. 이 실시예에서, 서로 가장 인접해 있는 볼록 부분들은 돌출 및 오목 관계를 형성한다.
복수의 볼록 부분이 전기전도층에 형성되는 경우, 볼록 부분들간의 간격은 변할 수 있으나, 일반적으로 0.01 내지 20㎜이다. 볼록 부분들간의 간격이 하한보다 작은 경우에는 접촉점에 가해지는 힘은 감소하여 접착층을 제거하고 통과하기가 어렵게 되는 경향이 있는 반면에, 볼록 부분들간의 간격이 상한보다 큰 경우에는 전기적 (또는 열적) 전도 효율이 감소하는 경향이 있다.
접착판이 마이크로파 인쇄 회로 기판과 같은 고주파 인쇄 배선 기판인 경우, 볼록 부분들간의 간격은 고주파의 파장의 절반 이하이어야 한다. 볼록 부분들간의 간격이 고주파의 파장의 절반보다 더 큰 경우, 비접촉 부분을 둘러싼 전도성 영역은 안테나로서 작용하여 문제가 되는 노이즈를 생성시킨다.
전술한 전기전도층 및 볼록 부분의 재료는 변할 수 있다. 그러나, 전기전도성 및 열전도성을 고려하면, 바람직한 전기전도층 및 볼록 부분은 철, 스테인레스 강, 은, 알루미늄, 주석, 구리, 또는 고주파 인쇄 배선 기판과 열 방출판 또는 박스 사이에 가급적 우수한 전기 및/또는 열 접촉부를 형성하는 임의의 다른 금속과 같은 금속으로 제조된다. 상기 금속은 일반적으로 신장성 및 연성이 있어, 포일과 같은 시트로 용이하게 처리된다. 더욱이, 볼록 부분인 중공인 경우, 엠보싱 처리된 금속의 소성 변형이 용이하게 수행된다. 이것은 접착판과의 증가된, 즉 거의 영구적인 접촉을 가능하게 한다.
구리, 철 및 알루미늄은 본 발명의 전기전도층을 형성하는 데에 사용하기에 바람직한 금속이다. 이 금속들은 경제적 비용 측면에서 본 발명의 열경화성 전기전도성 접착 시트용으로 상당히 효과적이다. 전술한 금속의 포일은 금, 주석, 땜 납, 은, 아연, 니켈 등으로 도금될 수 있다.
접착증은 열경화성 접착제로 제조된다. 바람직한 열경화성 접착제는 예를 들어, 하기의 성분들을 함유하고 실질적으로 접착성(tact)이 없는 열경화성 수지 조성물이다. (1) 에폭시 수지, (2) 에폭시 수지에 대한 경화제, 및 (3) 페녹시 수지.
에폭시 수지와 경화제의 반응은 열에 의해 일어나지만, 주변 온도에서 발생하여 3차원 망상 구조를 갖는 경화된 생성물을 형성할 수 있다. 이 경우, 경화된 에폭시 수지는 접착판을 서로 접착시키기 위해 힘이 접착층에 가해지는 경우 우수한 내열성 및 응집 강도를 갖는다. 그 결과, 앞서 기술된 금속 포일 테이프와는 달리, 접착판 간의 전기적 연결에 의해 주울 열이 발생할지라도 접착층이 접착판으로부터 거의 분리되지 않는다.
에폭시 수지는 접착층에 높은 내열성 및 응집력을 제공할 수 있는 한 다양하게 변할 수 있다. 이러한 에폭시 수지의 예로는 비스페놀 A 타입 에폭시 수지, 비스페놀 F 타입 에폭시 수지, 페놀 노볼락 타입 에폭시 수지, 크레졸 노볼락 타입 에폭시 수지, 플루오렌 에폭시 수지, 글리시딜아민 수지, 지방족 에폭시 수지, 브롬화 에폭시 수지, 플루오르화 에폭시 수지 등이 있다.
전술한 에폭시 수지는 일반적으로 조성물 중에 5 내지 80 중량%의 양으로 존재한다. 본원에서 사용된 용어인 중량%는 조성물의 전체 중량을 기준으로 한 것이다. 에폭시 수지의 양이 약 5 중량% 미만인 경우는 조성물의 내열성이 감소하는 경향이 있는 한편, 에폭시 수지의 양이 약 80 중량%를 초과하는 경우에는 조성물의 응집력이 감소하고 조성물이 유체로 되는 경향이 있다. 바람직하게는, 10 내지 50 중량%의 에폭시 수지가 조성물 중에 존재한다.
경화제가 주변 온도 또는 그보다 높은 온도에서 에폭시 수지와의 반응에 의해 조성물을 열적으로 경화시키기 위해서 조성물에 추가로 첨가된다. 경화제는 전술한 바와 같이 조성물을 열적으로 경화시킬 수 있는 한 다양하게 변할 수 있다. 적합한 경화제의 예로는 아민 타입 경화제, 산 무수물, 디시아노아미드, 이미다졸, 양이온 중합반응 촉매, 히드라진 화합물 등이 있다. 디시아노디아미드가 실온(30℃)에서 열 안정성을 갖기 때문에 바람직하다.
경화제는 일반적으로 조성물 중에 0.1 내지 30 중량%의 양으로 존재한다. 만약 경화제가 조성물 중에 약 0.1 중량% 미만으로 존재한다면 생성된 조성물은 불충분한 강도를 갖는 경향이 있는 한편, 경화제가 조성물 중에 약 30 중량%를 초과하여 존재하는 경우에는 경화된 조성물의 원하는 성질이 저하되는 경향이 있다. 0.5 내지 10 중량%의 경화제가 존재하는 것이 바람직하다.
페녹시 수지는 통상 사슬 구조를 갖는 열가소성 수지이며, 일반적으로 중량평균 분자량이 2,000 내지 2,000,000이거나 수평균 분자량이 1,000 내지 1,000,000이고 에폭시 당량이 500 내지 500,000이며, 상기 조성물에 적당한 형태(예를 들어 필름 형태)를 제공할 수 있다. 더욱이, 페녹시 수지는 전술한 에폭시 수지와 유사한 구조를 가지며, 이 두 수지는 서로 양립할 수 있다. 조성물은 접착성 필름으로 형성될 수 있다. 페녹시 수지는 비스페놀 A 타입 에폭시 수지 또는 플루오렌 에폭시 수지와 함께 사용되는 것이 바람직한데, 그 이유는 이들 수지가 페녹시 수지와 전적으로 양립할 수 있기 때문이다.
접착층은 바람직하게는 수지의 유출을 제한하기 위해서 10,197 100,000 Pa 이하, 또는 10 내지 100,000 Pa의 최소 저장 전단 탄성 계수(G'; minimum storage shear elastic modulus)를 갖는다. 이러한 접착층은 볼록 부분이 접착층 자체를 통과하는 것과 접착판 간에 낮은 저항을 갖는 전기적 연결부를 제공하는 것을 쉽게 가능하게 한다. 이러한 접착층은 60 내지 260℃ 및 104 내지 5×107 Pa의 압력이 가해지는 경우 이러한 성질을 제공한다.
최소 저장 전단 탄성 계수가 약 100,000 Pa를 초과하는 경우, 볼록 부분이 접착층을 통과하기 위해 고압이 필요하다. 본 명세서에서의 저장 전단 탄성 계수(G')는 동점성 측정 장치(예를 들어, 리오메트릭스 코포레이션(Rheometrics Co.)으로부터 입수 가능한 RDA II)를 사용하여 측정된 값들 중에서 최소 값을 의미하는 한편, 온도는 6.28 rad/sec(1Hz의 주파수)의 각속도 하에서 5℃/min의 비율로 60℃에서 260℃로 증가한다.
접착층은 에폭시 수지 대신에 비스말레이미드 수지를 포함할 수도 있거나, 에폭시 수지와 함께 비스말레이미드 수지를 포함할 수 있다. 더욱이, 플루오렌비스페놀과 에폭시 수지의 반응에 의해 얻어지는 폴리(히드록시 에테르)와 같은 다양한 슈퍼 엔지니어링 플라스틱(super engineering plastics) 또는 다른 열가소성 수지가 페녹시 수지 대신에 또는 페녹시 수지와 함께 사용될 수 있다. 전술한 플루오렌 백본 구조(backbone structure)가 도입된 폴리(히드록시 에테르)는 접착층의 내열성을 개선시킬 뿐만 아니라 접착층에 방수성을 제공한다.
생성된 조성물이 이러한 목적들을 충족시키거나 원하는 효과를 제공한다면, 전술한 열가소성 수지를 함유하지는 않지만 주로 에폭시 수지, 비스말레이미드 수지, 또는 경화제와 함께 이들의 혼합물을 함유하는 조성물이 열경화성 접착층을 형성하는데 사용될 수 있다. 더욱이, 수분 흡수도가 낮으므로 주성분으로서 에틸렌글리시딜 메타크릴레이트 공중합체를 포함하는 열경화성 수지가 다습 조건에서 사용하기에 적합하다.
전술한 열경화성 전기전도성 접착 시트에서, 볼록 부분과 접착층은 전도층의 양면에 형성되나, 이들은 일면에만 형성될 수도 있다. 도3은 이러한 열경화성 전기전도성 접착 시트의 단면도를 도시한 것이다.
본 발명의 열경화성 전기전도성 접착 시트는 후술하는 기술을 포함하는 임의의 종래 기술에 의해 제조될 수 있다.
본 발명에 적합한 열경화성 접착층은 후술하는 바와 같이 제조된 것들을 포함한다. 열경화성 접착제는 에폭시 수지, 페녹시 수지 및 경화제를 함께 혼합함으로써 제조된다. 생성된 열경화성 접착제를 용매 중에 용해시켜 코팅 용액을 얻는다. 용매는 열경화성 접착제를 용해시킬 수 있는 한 다양하게 변할 수 있다. 바람직하게는, 이러한 용매로는 메틸 에틸 케톤(MEK)이 포함되며, 이것은 저온에서 휘발성이고 낮은 독성을 갖는다.
당업자에 널리 알려진 배출 처리를 받게 되는 기판의 한 표면에 소정량의 코팅 용액을 도포한 후에, 이를 소정 온도에서 건조시켜 접착층을 형성시킨다. 최종 접착층을 기판으로부터 분리시킨 후, 전도층의 한 면 또는 양면에 접착됨으로써 적층된 본체를 얻는다. 이 코팅 용액은 또한 전도층에 바로 도포한 후 건조시킬 수 있다.
적층된 본체에 엠보싱 처리를 하여 전도층에 볼록 부분을 형성시킨다. 이때, 접착층이 실질적으로 접착성을 갖지 않기 때문에, 이 엠보싱 처리는 비교적 용이하게 수행될 수 있다. 접착층은 엠보싱 처리에 의해 볼록 부분이 이미 형성된 전도층에 또한 부착될 수 있다. 더욱이, 땜납을 사용하여 열경화성 전기전도성 접착 시트를 서로 연결하거나 접착판에 연결하는 경우, 로진을 함유하는 용제가 연결을 용이하게 하기 위해서 전도층의 표면에 도포될 수 있다.
전도 층은 접착층을 접착한 후에 에칭하는 것과 같은 방법에 의해 서로 연결되지 않는 여러 영역으로 분리될 수 있다.
도4에 도시된 본 발명의 연결 구조는 열경화성 전기전도성 접착 시트(3), 접착층(2, 2') 및 그 위에 형성된 접착판(5, 5')을 포함한다. 접착층(2, 2')은 접착판(5, 5')에 부착되고, 전도층(1)의 볼록 부분(4, 4')은 접착층(2, 2')을 통과하여 접착판(5, 5')과 접촉하게 된다. 그 결과, 접착판이 전도성을 갖는다면, 이들 사이에 낮은 저항을 갖는 전기적 연결부가 열경화성 전기전도성 접착 시트에 의해 형성될 수 있다.
도5a 내지 도5c는 본 발명의 열경화성 전기전도성 접착 시트에 의해 전기적 연결부를 형성하는 방법을 개략적으로 도시한 흐름도이다.
먼저, 도5a에서 도시된 바와 같이, 접착판(5, 5')은 열경화성 전기전도성 접 착 시트(3)의 접착층에 배치된다.
도5b에 도시된 바와 같이, 열경화성 전기전도성 접착 시트(3)의 접착층이 접착판(5, 5)과 함께 가열되는 동안에 소정 정도의 압력이 접착판들 사이에 가해진다. 접착층(2, 2')은 연화되고, 전도층(1)의 볼록 부분(4, 4')은 접착층(2, 2')을 제거하면서 통과하여 접착판(5, 5')과 접촉하게 된다.
도5c에 도시된 바와 같이 공극이 없는 접착판(5, 5')에 접착층을 완전히 접착시키기 위해 압력이 가해진다. 이때, 볼록 부분(4, 4')이 중공인 경우, 접착판과 접촉되는 표면 영역을 증가시키기 위해 선단부가 가해진 압력에 의해 변형된다. 그 결과, 접착 시트는 접착판 사이에 낮은 저항 및 우수한 안정성을 갖는 전기적 연결부를 제공할 수 있다. 필요한 경우, 접착층은 더 가열되어 열경화성 접착제를 완전히 경화시킬 수 있다.
전도층의 볼록 부분(4, 4') 및 접착판(5, 5')은 볼록 부분(4, 4)과 접착판(5, 5') 사이에 10 내지 100,000 암페어 정도의 높은 전류를 가함으로써 용융되어 결합될 수 있다. 더욱이, 땜납, 주석, 아연, 알루미늄, 낮은 융점의 금속 등과 같은 브레이징 재료(brazing material)가 전도층의 볼록 부분과 접착판 사이에 존재하는 경우, 전도층의 볼록 부분(4, 4')과 접착판(5, 5')의 브레이징(납땜 포함)이 가열 및 결합 온도를 적당히 조절하거나 볼록 부분(4, 4')과 접착판(5, 5') 사이에 적당한 양의 전류를 가함으로써 수행될 수 있다. 이러한 수단의 이용으로 볼록 부분(4, 4')과 접착판(5, 5') 사이의 확고한 연결이 이루어진다.
예
이하, 본 발명은 하기 예에 따라 기술될 것이나 이들 예에 의해 제한되는 것은 아니다. 이들 예에서, 용어 "부"(part) 및 "%"는 달리 언급되지 않는 한 조성물의 전체 중량을 기준으로 한 것이다.
예 1 내지 4
접착층의 제조
표1에 도시된 바와 같이, 페녹시 수지[도또 가세이 가부시끼가이샤(Tohto Kasei K.K.)로부터 입수 가능한 YP 50S), 에폭시 수지(다우 케미칼 코포레이션(Dow Chemical Co.)으로부터 입수 가능한 DER 332) 및 디시아노디아미드계 경화제(DICY)를 배합하여 열경화성 접착제를 제조하였다. 이후, 이들 열경화성 접착제를 메틸 에틸 케톤(MEK)과 메탄올(MeOH)의 용매 혼합물에 용해시켜 코팅 용액을 얻었다.
코팅 용액의 조성 (부)
예 1 예 2 예 3 예 4
페녹시 수지a 95 90 80 70
에폭시 수지b 5 10 20 30
디시아노디아미드 0.49 0.97 1.94 2.91
MEK 100 100 100 100
MeOH 40 40 40 40
a 도또 가세이 가부시끼가이샤로부터 입수 가능한 YP 50S; 수평균 분자량 11,800 b 다우 케미칼 코포레이션으로부터 입수 가능한 DER 332; 에폭시 당량 174
분리를 위해 실리콘으로 사전 처리된 폴리 (에틸렌 테레프탈레이트; PET) 필름(두께 50㎛)의 일면에 정해진 양의 각 코팅 용액을 도포하고, 100℃에서 20분 동안 건조시켜 30㎛ 두께의 접착층을 얻었다.
접착층의 탄성 측정
접착층을 PET 필름으로부터 분리한 후, 저장 전단 탄성 계수(G')를 후술하는 바와 같이 측정하였다. 6.28 rad/sec의 각속도하에서 5℃/min의 비율로 온도를 60℃에서 260℃로 증가시키는 동안 동점탄성 측정 장치[리오메트릭스 코포레이션(Rheometrics Co.)으로부터 입수 가능한 RDA II]를 사용하여 저장 전단 탄성 계수(G')를 측정하였다. 표2는 각 접착층에 대해 60℃ 내지 260℃에서의 저장 전단 탄성 계수의 최소값(G'min) 및 260℃에서의 저장 전단 탄성 계수(G'max260℃) 를 제시하고 있다.
열경화성 전기전도성 접착 시트의 제조
접착층을 두께가 35㎛인 전도층인 냉간 압연된 구리 포일[니뽄 세이하꾸 가부시끼가이샤(Nippon Seihaku K.K.)로부터 입수 가능한 SPCC-SB]의 양 표면에 형성하였다. 그 후 2개의 접착층을 100℃로 가열된 압연기로부터 가해지는 압력에 의해 냉간 압연된 구리 포일에 접착시켜 적층된 본체를 얻었다. 그 후, 열경화성 전기전도성 접착 시트를 얻기 위해서 상기와 같이 얻어진 적층체를 엠보싱처리하여 도2에 도시된 반복적인 볼록 부분과 오목 부분(직경 1.5㎜, 높이 0.2㎜, 이웃하는 볼록 부분간의 거리 d=5㎜)를 형성하였다.
연결 구조체의 형성
다음으로, 전술한 냉간 압연된 구리 포일로 제조된 접착판을 열경화성 전기전도성 접착 시트의 양면에 더 배치시키고, 최종 본체를 두께가 1㎜인 한 쌍의 알루미늄 시트 사이에 개재하였다. 열경화성 전기전도성 접착 시트와 접착판을 5×105 Pa의 압력을 가하면서 150℃에서 오븐 내에서 2시간 동안 가열시킴으로써 연결 구조체를 얻었다.
연결 구조체의 저항 및 접착 강도 측정
전술한 연결 구조체를 상기 한 쌍의 알루미늄 시트로부터 분리시키고 실온인 30℃로 냉각시켰다. 일단 실온으로 냉각시킨 후에, 두 접착판 사이의 저항을 측정하였고 그 측정값을 초기 저항으로 정의하였다. 계속해서, 최종 연결 구조체를 1분 동안 260℃의 용융된 땜납의 처리욕(treatment bath)에 띄운 후 실온 30℃로 냉각시켰다. 냉각시, 양 접착판 사이의 저항을 전술한 바와 같이 동일한 방법으로 측정하고 그 측정값을 최종 저항으로 정의하였다.
또, 접착판 중 하나를 분당 50㎜로 연결 구조체로부터 박리시켜 180°박리 접착 강도(peel adhesion strength)를 측정하였다.
표2는 각 예의 연결 구조체의 초기 저항, 최종 저항 및 180°박리 접착 강도를 제시한 것이다.
예 1 예 2 예 3 예 4
G'min(Pa) 1.48×103 3.00×103 3.26×103 7.00×102
G'max 260℃(Pa) 1.47×104 1.60×105 1.60×106 2.54×106
접착 강도 (kgf/cm2) 1.084 0.649 0.541 0.491
초기 저항 (Ω) <0.1 <0.1 <0.1 <0.1
땜납 처리 후의 저항 (Ω) 5.4 10.5 <0.1 <0.1
예 5
접착층의 제조 및 탄성 계수
이 예에서는, 두께가 30㎛인 접착층을 예 1 내지 4와 같은 방식으로 제조하 였으며, 단 코팅 용액은 표3에 따라 제조하였다.
성분 조성 (부)
페녹시 수지a 55
페녹시 수지b 15
에폭시 수지c 15
브롬화 에폭시 수지d 15
폴리(nBA/PEA)의 30% 에틸 아세테이트 용액e 10
안티모니 펜톡사이드의 30% MEK 용액f 10
디시아노디아미드 1.5
TDI-우레아g 0.1
MEK 80
MeOH 35
EtOH 15
a 도또 가세이 가부시끼가이샤로부터 입수 가능한 YP 50S b 페녹시 어소시에이트 코포레이션(Phenoxy Associate Co.)으로부터 입수 가능한 PKHM 30 c 도또 가세이 가부시끼가이샤로부터 입수 가능한 YD 128; 에폭시 당량 180 d 도또 가세이 가부시끼가이샤로부터 입수 가능한 YDB 400 e n-부틸 아크릴레이트/페녹시에틸 아크릴레이트의 30% 에틸 아세티이트 용액 = 50/50(중량비) 공중합체 f 니산 케미칼 인더스트리스, 리미티드(Nissan Chemical Industries, Ltd)로부터 입수 가능한 AME 130 g 아미크론 켐 코포레이션(Amicron Chem, Co.)으로부터 입수 가능한 Amicure UR 2T
접착층의 탄성 계수 측정
접착층의 탄성 계수를 예 1 내지 4와 동일한 방식으로 측정하였으며, G'min 및 G'max260℃는 각각 2400 Pa 및 160,000 Pa로 측정되었다.
열경화성 전기전도성 접착 시트의 제조
본 예의 열경화성 전기전도성 접착 시트를 후술하는 바와 같이 제조하였다.
후꾸다 긴조꾸 하꾸훈 가부시끼가이샤(Fukuda Kinzoku Hakufun K.K.)로부터 제품명 "TCu-0-35"로 입수 가능한 구리 포일(전도층)을 각 면에 0.3㎜의 선폭 및 0.075㎜의 높이를 갖는 볼록 부분으로 이루어진 길이가 1.8㎜인 사각형 격자 패턴으로 엠보싱 처리하였다(이하, 엠보싱된 표면으로 언급한다). 구리 포일을 용제[아라까와 가가꾸 가부시끼가이샤(Arakawa Kagaku K.K.)로부터 입수 가능한 KE 604]의 5% MEK 용액에 노출시켰다. 그 후 엠보싱된 표면을 건조시켜 MEK를 제거하였다.
전술한 접착층을 PET 필름으로부터 분리시킨 후에, 구리 포일을 접착층에 적층 시키고 전술한 바와 같이 PET 필름상에서 제조하여, 엠보싱된 표면을 접착층에 접착시켰다. 그 후 접착층 및 구리 포일을 120℃로 가열된 압연기로 압착시키면서 적층시켜 도3에 도시된 바와 같은 열경화성 전기전도성 접착 시트를 얻었다.
연결 구조체의 형성
전술한 열경화성 전기전도성 접착 시트를 폭이 10㎜이고 길이가 70㎜인 직사각형으로 절단한 후에, 접착판을 접착층에 적층시켰다. 접착판, 즉 주석 도금된 구리 포일(폭 13㎜, 길이 30㎜, 두께 2㎜)를 60% 주석/40% 납을 납땜시킨 포일(폭 5㎜, 길이 10㎜, 두께 0.1㎜)을 갖는 접착층에 적층시켰다. 주석 도금된 구리 포일은 테스트 피스 코포레이션(Test Piece Co.)으로부터 제품명 "C 1110P"로 시판되고 있으며 JIS(일본 공업 기준) H3100에 따라 표준화되었다.
210℃에서 60초 동안 5×106 Pa의 압력을 열경화성 전기전도성 접착 시트 및 주석 도금된 구리 포일에 가하였다. 땜납 포일이 용융되어, 열경화성 전기전도성 접착 시트와 주석 도금된 구리 포일 사이에서 실링되었다. 열경화성 전기전도성 접착 시트를 10×20㎜2으로 측정된 접촉 표면 영역을 통해 주석 도금된 구리 포일에 열 결합시켰다.
땜납 포일 및 주석 도금된 구리 포일과 함께 열경화성 전기전도성 접착 시트를 외력을 가하지 않으면서 2시간 동안 오븐 내에서 150℃로 가열시킬 때 접착층은 경화되어 연결 구조체가 얻어졌다.
연결 구조체의 저항 및 접착 강도의 측정
연결 구조체의 전도층과 접착판 사이의 저항을 측정하였다. 전술한 바와 같이, 접착판을 분당 50㎜로 연결 구조체로부터 박리시켜 180°박리 접착 강도를 측정하였다. 본 예의 연결 구조체의 저항 및 180°박리 접착 강도는 표4에 제시되어 있다.
샘플 번호 저항값(mΩ) 접착 강도(kgf/cm)
1 1.87 0.93
2 1.94 0.97
3 2.26 1.32
평균 2.02 1.07
연결 구조체의 대전
그 다음, 본 예의 연결 구조체를 전기 도선을 통해 백열 전구(375W RH) 및 100V의 AC 전력 공급원에 직렬로 연결하여 전기 회로를 형성시켰다. 전류를 전도층과 접착판 사이에 30분 동안 가하였다. 전도층과 접착판에서는 전기 도선과의 접촉점에서 현저한 온도 증가(5℃ 이상)가 일어나지 않았다.
예 6
접착층의 형성 및 탄성 계수의 측정
이 예에서는, 두께가 30㎛인 접착층을 예 1 내지 4와 동일한 방식으로 제조 하였으며, 단 코팅 용액은 표5에 따라 제조하였다.
접착층의 탄성 계수도 예 1 내지 4와 동일한 방식으로 측정하였으며, G'min 및 G'max260℃는 각각 85 Pa 및 1.03×107 Pa로 측정되었다.
성분 조성 (부)
페녹시 수지a 40
에폭시 수지b 30
폴리카프로락톤으로 개질된 에폭시 수지c 30
폴리(nBA/PEA)의 30% 에틸 아세테이트 용액d 20
디시아노디아미드 2.91
MEK 100
MeOH 40
a 도또 가세이 가부시끼가이샤로부터 입수 가능한 YP 50S; 수평균 분자량 11,800 b 다우 케미칼 제팬 코포레이션(Dow Chemical Japan Co.)으로부터 입수 가능한 DER 332 c 다이셀 가가꾸 가부시끼가이샤(Daicel Kagaku, K.K.)로부터 입수 가능한 PLACCEL G402; 에폭시 당량 1,350 d n-부틸 아크릴레이트/페녹시에틸 아크릴레이트의 30% 에틸 아세티이트 용액 = 50/50(중량비) 공중합체
열경화성 전기전도성 접착 시트의 제조 및 연결 구조체의 형성
본 예의 열경화성 전기전도성 접착 시트를 예 5와 동일한 방식으로 제조하였으며, 단 전술한 접착층을 사용하였다.
본 예의 열경화성 전기전도성 접착 시트를 폭이 25㎜이고 길이가 70㎜인 직사각형으로 절단한 후에, 아연 도금된 철 시트를 접착 시트의 구리 포일에 직접 접착시켰다. 그 후, 150℃에서 5×106 Pa의 압력을 열경화성 전기전도성 접착 시트와 아연 도금된 철 시트 사이에 가하였다. 접착층을 경화시켜 연결 구조체를 얻었다.
연결 구조체의 저항 및 접착 강도의 측정
다음으로, 본 예의 연결 구조체의 전도층과 접착판 사이의 저항을 측정하였다. 또한 전술한 바와 같이, 접착판을 분당 50㎜로 연결 구조체로부터 박리시켜 180°박리 접착 강도를 측정하였다. 본 예의 연결 구조체의 저항 및 180°박리 접착 강도를 표6에 나타냈다.
샘플 번호 저항값(mΩ) 접착 강도(kgf/cm)
1 1.5 0.42
2 1.0 0.61
3 0.8 0.51
평균 1.1 0.51
연결 구조체의 대전
예 5와 동일한 방식으로 본 예의 연결 구조체에 전류를 가하였다. 전도층과 접착판에서는 전기 도선과의 접촉점에서 현저한 온도 증가(5℃ 이상)가 일어나지 않았다.
비교예 1
열경화성 전기전도성 접착 시트의 제조
이 비교예에서, 5%의 금 도금된 중합체 전도성 입자[니뽄 가가쿠 고교 가부시끼가이샤(Nippon Kagaku Kogyo K.K.)로부터 입수 가능한 Bright 20 GNR 4,6-EH]를 코팅 용액중에 분산시켰다. 최종 코팅 용액을 사용하는 것을 제외하고는, 예 5와 동일한 방식으로 두께가 35㎛인 접착층을 제조하였으며, 코팅 용액은 그후 열경화성 전기전도성 접착 시트를 제조하는데 사용하였다.
연결 구조체의 형성
각각 두께가 35㎛인 주석 도금된 구리 포일 및 압연처리된 구리 포일인 접착 판을 열경화성 전기전도성 접착 시트의 양 면에 각각 배치시켰다. 이어서, 150℃에서 2시간 동안 압연처리된 구리 포일과 주석 도금된 구리 포일 사이에 2×107 Pa의 압력을 가하여 연결 구조체를 형성하였다. 이 경우, 열경화성 전기전도성 접착 시트는 10×20㎜2로 측정된 접촉 표면 영역을 통해 압연처리된 구리 포일 및 주석 도금된 구리 포일에 결합되고 압착된다.
연결 구조체의 저항 및 접착 강도의 측정
이 비교예의 연결 구조체의 압연처리된 구리 포일 및 주석 도금된 구리 포일 사이의 저항을 측정하였다. 또한, 주석 도금되고 압연처리된 구리 포일을 분당 50㎜로 연결 구조체로부터 박리시켜 180°박리 접착 강도를 측정하였다. 이 비교예의 연결 구조체의 저항 및 180°박리 접착 강도를 표7에 나타냈다.
150℃에서 1분 동안 압착시킨 후에 외력을 가하지 않으면서 150℃에서 2시간 동안 경화를 수행하는 것을 제외하고는 실질적으로 동일한 실험을 수행하였다. 연결 구조체 저항은 1Ω 이상으로 측정되었다.
비교예 2
연결 구조체의 형성
이 비교예에서는, 엠보싱 처리에 의해 형성된 전면의 사각형 격자 패턴을 갖는 구리 포일을 보유한 전기전도성 감압 접착 시트[스미또모 쓰리엠 코포레이션(Sumitomo 3M Co.)으로부터 입수 가능한 #1245]를 두께가 35㎛인 압연처리된 구리 포일에 단단히 접착시켰다. 이 경우, 전기전도성 감압 접착 시트를 25 ×25㎜2로 측정된 접촉 표면 영역을 통해 압연처리된 구리 포일에 단단히 접착시켜 연결 구조체를 형성하였다.
연결 구조체의 저항 및 접착 강도의 측정
다음으로, 이 비교예의 연결 구조체의 두 구리 포일 사이의 저항을 측정하였다. 또한, 압연처리된 구리 포일을 분당 50㎜로 연결 구조체로부터 박리시켜 180°박리 접착 강도를 측정하였다. 이 비교예의 연결 구조체의 저항 및 180°박리 접착 강도를 표7에 나타냈다.
초기 저항(mΩ) 120℃/24H 이후의 저항(mΩ) 접착 강도(kgf/cm)
비교예 1 5 10 1.0
비교예 2 200 500 0.5
예 7
전기 용접
예 5에서 설명된 접착층을 120℃로 가열된 압연기로 압착시킴으로써 두께가 100㎛인 주석 도금된 철 포일의 얇은 층에 적층시켰다. 금형을 압착시켜 높이가 30㎛이고 직경이 1.5㎜인 하나의 볼록 부분을 형성시켰으며, 이 볼록 부분은 주석 도금 표면에 형성되었다. 크기가 13×30㎜인 전기전도성 접착 시트를 얻었다. 이 시트를 예 5에 사용된 주석 도금된 구리 시트(C1110P) 상에 놓아, 볼록 부분을 시트와 접촉시키고 150℃에서 20초 동안 결합시키고 압착시켰다.
생성된 연결체를 내쇼날(National)사의 저항 용접기(YR-080SRF-7)의 전극 사이에 끼워넣고 주석 도금된 구리 포일과 주석 도금 포일(메모리 65에 설정됨) 사 이에 전류를 가해 볼록 부분과 주석 도금된 구리 시트를 용접시켰다.
연결체에 외력을 가하지 않으면서, 150℃에서 2시간 동안 가열시킴으로써 수지를 경화시켰다.
연결체의 주석 도금된 구리와 주석 도금된 철 사이의 저항을 30℃에서 측정하였으며, 측정된 값은 1.6mΩ이었다.

Claims (5)

  1. 전면 및 배면을 갖는 시트 형태의 전기전도층 및 상기 전기전도층의 전면에 부착되는 접착층을 구비한 열경화성 전기전도성 접착 시트이며,
    전면 방향으로 상승된 볼록 부분이 전기전도층 상에 형성되고,
    접착층은 에폭시 수지 및 페녹시 수지를 포함하는 열경화성 접착제로 구성되며,
    전기전도층의 볼록 부분은 접착층을 통과하고 접착층이 압착 및 가열에 의해 접착판에 부착될 때 상기 접착판과 접촉하는 열경화성 전기전도성 접착 시트.
  2. 전면 및 배면을 갖는 시트 형태의 전기전도층, 전기전도층의 전면에 부착되는 제1 접착층 및 전기전도층의 배면에 부착되는 제2 접착층을 포함하는 열경화성 전기전도성 접착 시트이며,
    전면 방향으로 상승된 제1 볼록 부분과 배면 방향으로 상승된 제2 볼록 부분이 전기전도층 상에 형성되고,
    제1 및 제2 접착층이 에폭시 수지 및 페녹시 수지를 포함하는 열경화성 접착제로 구성되며,
    전기전도층의 제1 및 제2 볼록 부분이 각각 제1 및 제2 접착층을 통과하여 접착층이 압착 및 가열에 의해 접착판에 부착될 때 제1 및 제2 접착판과 각각 접촉하는 열경화성 전기전도성 접착 시트.
  3. 제1항 또는 제2항의 열경화성 전기전도성 접착 시트와 상기 열경화성 전기전도성 접착 시트의 접착층 상에 위치한 접착판을 포함하는 연결 구조체이며,
    접착층은 접착판에 부착되고,
    전기전도층의 볼록 부분은 접착층을 통과하여 접착판과 접촉하는 연결 구조체.
  4. 제3항에 있어서, 접착판과 볼록 부분은 용접 또는 납땜에 의해 결합되는 연결 구조체.
  5. 제1항 또는 제2항의 열경화성 전기전도성 접착 시트의 접착층 상에 접착판을 위치시키는 단계와,
    열경화성 전기전도성 접착 시트의 접착층을 가열시키는 단계와,
    열경화성 전기전도성 접착 시트와 접착판 사이에 압력을 가하여 볼록 부분이 접착층을 통과하여 접착판과 접촉하게 하는 단계를 포함하는 연결 방법.
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