KR101651649B1 - 전기 또는 전자 부품 접속용 도전성 접착 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전기 또는 전자 부품 접속용 도전성 접착 조성물에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 접속의 대상이 되는 전기 또는 전자 부품 간의 접속 저항을 최소화 할 수 있으며, 열팽창시에도 전기 또는 전자 부품 간의 전기적 접속을 안정적으로 유지시킬 수 있는 전기 또는 전자 부품 접속용 도전성 접착 조성물에 관한 것이다.

Description

전기 또는 전자 부품 접속용 도전성 접착 조성물{Conductive adhesive composition for accessing electric or electronic parts}
본 발명은 전기 또는 전자 부품 접속용 도전성 접착 조성물에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 접속의 대상이 되는 전기 또는 전자 부품 간의 접속 저항을 최소화 할 수 있으며, 열팽창시에도 전기 또는 전자 부품 간의 전기적 접속을 안정적으로 유지시킬 수 있는 전기 또는 전자 부품 접속용 도전성 접착 조성물에 관한 것이다.
전자장치의 소형화 및 박형화에 수반되어 전자장치를 구성하는 전자부품이 고밀도화 및 고정밀화 됨에 따라, 종래에 일반적이었던 용접이나 납땜 등의 방식으로는 상기 전자부품간의 접속이 곤란하게 되었다.
따라서, 전자장치의 구성을 위한 전자부품간의 접속 방식으로 접착 조성물을 사용하는 방식이 제시되었다.
전자부품간의 접속을 위한 접착 조성물은 경화성 수지에 도전성 입자가 분산된 상태로 존재하며, 접속의 대상이 되는 전자부품 사이에서 경화됨에 따라 도전성 입자가 서로 대향하는 전극간에 위치하게 되므로, 두께 방향으로는 서로 대향하는 전극 간의 전기적 도통을 가능하게 하고, 동시에 면 방향으로는 이웃하는 전극간에 절연성을 유지할 수 있도록 하는 이방 도전성 특성을 갖는다.
접착 조성물을 이용한 전자부품 간의 접속 방식은 기존의 땜납 공정을 대체하는 공정(lead free)으로 공정 자체가 간단하며 친환경적이고, 미세한 도전성 입자를 이용하여 전기적 접속이 이루어지므로 극미세 전극 피치(pitch) 구현의 가능 등 많은 장점들이 있다.
그러나, 접착 조성물을 통한 전극간의 전기적 도통 및 이를 통해 구현되는 전자부품 간의 접속은 접착 조성물에 포함되는 도전성 입자에만 의존하며, 도전성 입자와 전극간의 접촉 면적은 종래의 땜납을 통해 형성될 수 있는 접촉 면적보다 작으므로 전극 간의 접속 저항이 증가하여 전자부품 간의 온전한 접속에 문제점을 초래할 수 있다.
또한, 접착 조성물을 통해 접속되는 전자부품은 전자장치의 사용에 의한 발열이나, 전자장치 주변의 기온이나 기후에 따라 고온 환경에 노출될 수 있으며, 이에 따라, 열팽창될 수 있다.
여기서, 도전성 접착제의 팽창은 전자부품 간의 접속 불량을 유발할 수 있는데, 구체적으로, 전자부품 간의 접속은 서로 대향되게 위치하는 전극에 대한 도전성 입자의 접촉을 통해 구현되므로, 도전성 접착제가 팽창될 경우, 서로 대향되는 전극간의 간격이 벌어짐에 따라 전극과 도전성 입자간의 접촉 상태가 해제되며, 이로 인해, 전자부품 간의 접속 상태에 불량이 발생될 수 있다.
따라서, 전기적으로 도통되어야 될 전극 간의 충분한 전기적 도통 영역을 확보하여 전자부품 간의 접속 저항을 최소화 할 수 있고, 열팽창시에도 전극 간의 전기적 도통 상태를 유지함으로써 보다 안정적으로 전자부품 간의 접속을 가능하게 하는 전기 또는 전자 부품 접속용 도전성 접착제가 절실히 요구되고 있는 실정이다.
본 발명은 전기적으로 도통되어야 될 전극 간의 충분한 연결경로 확보를 통해 전기 또는 전자 부품 간의 접속 저항을 최소화 할 수 있으며, 팽창시에도 상기 전극 간의 안정적인 전기적 도통 상태를 유지함으로써, 보다 안정적으로 전기 또는 전자 부품 간의 접속을 가능하게 하는 접착 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은,
전기 또는 전자 부품 접속용 도전성 접착 조성물로서, 에폭시 수지, 경화제, 도전성 입자 및 스페이서 입자를 포함하고, 상기 스페이서 입자는 상기 도전성 입자의 평균 입경의 40 내지 60%의 평균 입경을 갖고, 상기 스페이서 입자의 경도는 상기 도전성 입자의 경도의 2배 이상인 것을 특징으로 하는, 도전성 접착 조성물을 제공한다.
여기서, 상기 도전성 입자의 평균 입경은 3 내지 30 ㎛인 것을 특징으로 하는, 도전성 접착 조성물을 제공한다.
또한, 상기 도전성 입자의 평균 입경은 10 내지 30 ㎛이고, 상기 스페이서 입자의 평균 입경은 4 내지 18 ㎛인 것을 특징으로 하는, 도전성 접착 조성물을 제공한다.
한편, 상기 조성물의 총 중량을 기준으로, 상기 도전성 입자의 함량은 1 내지 30 중량%이고, 상기 도전성 입자와 상기 스페이서 입자의 중량비는 1:1 내지 1:10인 것을 특징으로 하는, 도전성 접착 조성물을 제공한다.
또한, 상기 도전성 입자는 10 % 압축시 압축강도가 200 내지 2000 kg/mm2이며, 상기 스페이서 입자는 금, 은, 니켈, 구리 또는 이들의 합금으로 이루어진 전도성 입자 또는 비전도성 입자를 포함하고 소성변형되는 것을 특징으로 하는, 도전성 접착 조성물을 제공한다.
나아가, 상기 조성물은 액상 형태인 것을 특징으로 하는, 도전성 접착 조성물을 제공한다.
그리고, 상기 조성물의 총 중량을 기준으로, 니트릴기를 포함하는 시안화물, 트리아졸계 유도체를 포함하는 유기 화합물, 하이트도탈사이트계 이온 포착제, 산화 비스무트계 이온 포착제, 산화 안티몬계 이온 포착제, 인산 티탄계 이온 포착제 및 인산 지르코늄계 이온 포착제로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 이온 포착제 1 중량% 이상 10 중량% 미만을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 도전성 접착 조성물을 제공한다.
나아가, 상기 조성물의 총 중량을 기준으로, 탄산칼슘, 탄산마그네슘, 황산바륨, 황산마그네슘, 규산알루미늄, 규산지르코늄, 산화철, 산화티탄, 산화알루미늄, 산화아연, 산화규소, 티탄산칼륨, 카올린, 탤크, 석면분말, 석영분만, 운모, 유리섬유로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 무기물 필러 1 내지 10 중량%를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 도전성 접착 조성물을 제공한다.
한편, 상기 에폭시 수지는 비스페놀형 에폭시 수지와 다관능 에폭시 수지를 포함하고, 상기 다관능 에폭시 수지의 함량은 상기 에폭시 수지의 총 중량을 기준으로 10 내지 40 중량%인 것을 특징으로 하는, 도전성 접착 조성물을 제공한다.
또한, 상기 조성물의 총 중량을 기준으로, 상기 경화제의 함량은 5 내지 50 중량%인 것을 특징으로 하는, 도전성 접착 조성물을 제공한다.
그리고, 상기 조성물의 총 중량을 기준으로, 경화 촉진제 10 내지 50 중량%를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 도전성 접착 조성물을 제공한다.
나아가, 상기 경화 촉진제는 캡슐(capsule) 형태로서 제공되는 것을 특징으로 하는, 도전성 접착 조성물을 제공한다.
본 발명에 따른 전기 또는 전자 부품 접속용 도전성 접착 조성물은 도전성 입자 및 스페이서 입자의 물성, 특히 경도를 조절함으로써 전극 간의 전기적 연결경로를 충분히 제공하므로, 전자부품 간의 접속 저항을 최소화 하는 우수한 효과를 나타낸다.
또한, 본 발명에 따른 전기 또는 전자 부품 접속용 도전성 접착 조성물은 열팽창시에도 도전성 입자의 탄성을 통해 전극 간의 전기적 도통을 유지하므로 전자부품 간의 보다 안정적인 접속을 가능하게 하는 우수한 효과를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 접착 조성물에 의해 전자부품이 접속된 모습을 개략적으로 도시한 것이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명된 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록, 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다.
본 발명은 전기 또는 전자 부품 접속용 도전성 접착 조성물에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 유기용제를 포함하지 않는 액상의 도전성 접착 조성물에 관한 것이다. 종래 액상의 도전성 접착 조성물은 접착 필름을 적용할 수 없는 복잡한 구조의 접착면에 대해서도 적용할 수 있다는 장점이 있으나, 접착력, 신뢰성 등에 문제가 있어 일반적으로 접착 계면에서의 접착력 향상을 위해 바인더(binder)를 추가로 포함한다.
또한, 상기 바인더와 접착 조성물의 베이스 수지와의 상용성을 위해 상기 바인더를 유기용제에 첨가한 상태로 접착 조성물에 첨가하나, 최근 환경문제로 인해 유기용제의 사용이 제한되고 있는 실정이다.
따라서, 본 발명은 최근 환경문제로 인해 사용이 제한되고 있는 유기용제를 배제하기 위해 바인더를 첨가하지 않고도 우수한 접착력, 신뢰성 등을 구현할 수 있는 액상의 도전성 접착 조성물에 관한 것이다.
본 발명에 따른 전기 또는 전자 부품 접속용 도전성 접착 조성물은 전기 또는 전자 부품 간의 전기적 접속을 가능하게 하는 접착 조성물로서, 에폭시 수지, 경화제, 도전성 입자, 스페이서 입자, 이온 포착제, 무기물 필러 등을 포함할 수 있다.
상기 에폭시 수지는 화학구조 내에 에폭시기를 함유한 수지를 통칭하며, 열경화성 수지의 중간체(prepolymer)로 상기 경화제와의 반응에 의하여 불용의 3차원 망목상 구조를 형성하여 경화됨으로써 접착력을 보유하게 된다.
상기 에폭시 수지로서는 특별히 한정되는 것은 아니고, 예를 들어, 비스페놀형 에폭시 수지, 에폭시노볼락형 수지, 나프탈렌계 에폭시 수지, 글리시딜아민형 에폭시 수지, 글리시딜에테르형 에폭시 수지 및 비페닐·지환식 수지 등의 1 분자 내에 2개 이상의 글리시딜기를 갖는 각종 에폭시 수지가 사용될 수 있다.
여기서, 상기 에폭시 수지는 단분자량의 가교밀도가 높을 경우, 경화 후의 수축이 과도하고 취성이 강해져 충격에 취약할 수 있으며, 이로 인해 접착력이 약해질 수 있으므로, 상대적으로 분자량이 크고 기본골격이 내열에 강한 다관능 에폭시 수지를 포함하는 것이 바람직하다.
따라서, 상기 에폭시 수지는 단관능 에폭시 수지 및 상기 다관능 에폭시 수지가 혼용되어 구성될 수 있는데, 예를 들어, 상기 에폭시 수지는 비스페놀형 에폭시 수지와 다관능 에폭시 수지의 혼용으로서 구성될 수 있다.
상기 다관능 에폭시 수지의 함량은 상기 에폭시 수지의 총 중량을 기준으로 10 내지 40 중량%가 포함될 수 있으며, 당량은 100 내지 500 g/eq 인 것이 바람직하다.
상기 다관능 에폭시 수지의 함량이 상기한 범위 미만일 경우, 상기 에폭시 수지의 가교밀도가 지나치게 높아지는 것을 방지하지 못하여 상기 접착 조성물의 내충격성 및 접착력이 저하될 수 있으며, 상기한 범위를 초과하는 경우, 상기 에폭시 수지의 가교밀도가 지나치게 저하되어 상기 경화제와의 반응에 의한 3차원의 망상구조를 형성하기 어려워 상기 접착제의 경화 성능에 문제점을 유발할 수 있다.
본 발명에 따른 도전성 접착 조성물은 액상 형태로서 바인더를 추가로 포함하지 않는 경우에도 앞서 기술한 바와 같이 단관능 에폭시 수지와 다관능 에폭시 수지를 특정 배합비로 혼용함으로써 우수한 접착력, 신뢰성 등을 구현할 수 있는 우수한 효과를 나타낸다.
상기 경화제는 상기 접착 조성물에 첨가되어 경화 반응을 촉진하거나 조절하는데 사용되는 첨가제로서, 상기 접착 조성물에 첨가되어 가열시 상기 에폭시 수지와 반응하여 상기 접착 조성물의 경화를 촉진하는 열경화제일 수 있으며, 또는, 상기 접착 조성물에 첨가되어 상기 접착 조성물에 자외선과 같은 특정 파장의 빛이 조사됨에 따라 상기 접착 조성물의 경화를 진행시키는 광경화제일 수도 있다.
상기 경화제는 상기 접착 조성물에 첨가되어 상기 접착 조성물이 가열되거나 광이 조사됨에 따라, 경화성 수지의 중간체로서 존재하는 상기 에폭시 수지와 반응하여 상기 에폭시 수지의 3차원 망목상 구조를 형성할 수 있다.
상기 경화제는 가열시 또는 광조사시 상기 에폭시 수지와 반응하여 상기 접착 조성물의 경화를 촉진시킬 수 있는 것이라면 특별히 제한되지 않으나, 예를 들어, 폴리올과 메르캅토 유기산의 에스테르화 반응에 의하여 생성되는 티올 화합물일 수 있다.
상기 폴리올은 다가(多價) 알코올, 즉 2개 이상의 수산기(-OH)를 가진 지방족 화합물로서, 예를 들어, 트리메틸오프로판트리스, 펜타에리트리톨테트라키스, 에틸렌글리콜디티오글리콜레이트, 트리메틸올프로판트리스, 펜타에트리톨테트라키스, 디펜타에트리톨폴리, 트리스-이소시아누레이트로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
상기 티올 화합물은 상기 에폭시 수지에 포함되는 에폭시기와 반응하여, 상기 접착 조성물을 경화시킬 수 있는 티올기를 분자 중에 하나 이상 가지는 화합물을 의미한다.
따라서, 상기 티올 화합물은 상기 에폭시 수지와의 반응성 향상을 위해 1분자당 2개 이상의 티올기를 갖고, 상기 접착 조성물의 물성 저하 방지를 위해 염기성 불순물의 함량이 최대한 적은 것이 바람직할 수 있다. 상기 경화제는 상기 조성물의 총 중량을 기준으로 5 내지 50 중량%를 포함할 수 있다.
상기 조성물에 포함되는 상기 경화제의 함량이 상기한 수치 범위 미만일 경우, 상기 조성물을 통한 경화 효과가 불충분할 수 있는 반면, 상기한 수치 범위를 초과하는 경우, 상기 접착 조성물의 지나친 경화를 초래하여 상기 조성물의 접착제로서의 역할 수행을 불가능하게 할 수 있다.
또한, 상기 접착 조성물은 열에 의한 경화 반응 속도 향상을 위해 상기 접착 조성물의 총 중량을 기준으로 경화 촉진제 10 내지 50 중량%를 더 포함할 수 있다.
만약, 상기 경화 촉진제의 함량이 상기한 수치 범위 미만일 경우, 상기 접착 조성물의 열경화시 미경화물이 발생될 수 있으며, 상기한 수치 범위를 초과하는 경우, 상기 접착 조성물의 경화가 너무 빠르게 진행되어 상기 접착 조성물의 저장안정성이 감소하여 경화된 상기 접착 조성물의 물성 저하를 초래할 수 있다.
상기 경화 촉진제는 이미다졸 화합물 및 아민 화합물 중 선택된 1종 이상을 포함하여 구성될 수 있는데, 예를 들면, 상온에서 고체인 이미다졸 화합물이나, 아민 화합물과 에폭시 화합물과의 반응 생성물, 아민 화합물과 이소시아네이트의 화합물, 또는 아민 화합물과 요소 화합물의 반응 생성물인 요소형 어덕트계와 같은 고체 분산형 아민어덕트계 잠재성 경화 촉진제일 수 있다.
상기 경화 촉진제는 피막 형태로 둘러쌓인 캡슐(capsule) 형태로서 제공될 수 있는데, 예를 들어, 폴리우레탄, 폴리스티렌, 젤라틴 및 폴리이소시아네이트 등의 고분자 물질, 규산칼슘, 제올라이트 등의 무기물, 또는 니켈이나 구리 등의 금속 박막 등의 피막에 둘러 쌓인 캡슐 형태로 제공될 수 있다.
여기서, 상기 캡슐의 직경은 10 μm 이하일 수 있으며, 상기 캡슐 직경의 하한치는 상기 경화 촉진제의 보존 안정성을 위해 2 μm 미만인 것이 바람직할 수 있다.
상기 도전성 입자는 접속되는 전기 또는 전자 부품들에서 전기적으로 연결되어야 하는 대향하는 전극들을 서로 연결하는 작용을 하는 것으로서, 예를 들어, 금, 니켈, 구리, 은, 땜납, 팔라듐, 알루미늄 또는 이들의 합금인 금속으로 이루어지거나 상기 금속으로 도금된 입자, 특히 수지 입자가 상기 금속으로 피복된 금속피복 수지입자, 또는 산화티탄(TiO2), 질화붕소(BN), 산화아연(ZnO), 산화규소(SiO2), 산화알루미늄(Al2O3), 무기유리 등의 도전성 무기 산화물, 탄소나노튜브(Carbon Nanotube), 그래핀나노플레이트(Graphene Nano-Plate), 팽창흑연(Expanded Graphite)와 같은 카본계 도전성 입자 등을 포함할 수 있다.
상기 금속피복 수지입자에서 상기 수지입자는 스티렌계 수지, 벤조구아나민 수지, 나일론 수지 등의 입자를 포함할 수 있고, 상기 수지입자는 무전해 도금법, 전해 도금법 등에 의해 상기 금속으로 피복될 수 있다.
상기 스페이서 입자는 접속되는 전기 또는 전자 부품들에서 전기적으로 연결되어야 하는 대향하는 전극들 사이의 간격이 유지되도록 함으로써 상기 간격에 충분한 접착 조성물이 잔존하여 충분한 접착력이 구현되도록 하는 동시에, 상기 도전성 입자가 과도하게 압축되어 소성변형됨으로써 원상회복력을 상실하여 상기 접착 조성물의 팽창시 전기적으로 접속된 상기 전극들 사이가 단락되는 것을 억제하는 작용을 한다.
상기 스페이서 입자는 도전성 입자, 비도전성 입자, 또는 이들 모두를 포함할 수 있고, 예를 들어, 상기 도전성 입자는 금, 은, 니켈, 구리 또는 이들의 합금인 금속으로 이루어지거나 상기 금속으로 도금된 입자, 특히 수지 입자가 상기 금속으로 피복된 금속피복 수지입자, 또는 산화티탄(TiO2), 질화붕소(BN), 산화아연(ZnO), 산화규소(SiO2), 산화알루미늄(Al2O3), 무기유리 등의 도전성 무기 산화물, 탄소나노튜브(Carbon Nanotube), 그래핀나노플레이트(Graphene Nano-Plate), 팽창흑연(Expanded Graphite)와 같은 카본계 도전성 입자 등일 수 있고, 상기 비도전성 입자는 세라믹 등의 비전도성 무기 입자일 수 있다.
상기 도전성 입자의 평균 입경은 3 내지 30 ㎛일 수 있고, 상기 스페이서 입자의 평균 입경은 상기 도전성 입자의 평균 입경의 40 내지 60%의 평균 입경을 가질 수 있고, 예를 들어, 상기 도전성 입자의 평균 입경은 10 내지 30 ㎛이고 상기 스페이서 입자의 평균 입경은 4 내지 18 ㎛일 수 있다.
또한, 상기 스페이서 입자의 경도는 상기 도전성 입자의 경도의 2배 이상일 수 있다. 예를 들어, 상기 도전성 입자는 10% 압축되었을 때의 압축강도, 즉 상기 도전성 입자에 일방향으로 힘을 가하여 압축할 때 압축전 상기 힘의 축방향으로의 입경 대비 압축후 상기 힘의 축방향으로의 입경이 10% 감소하였을 때의 압축강도가 200 내지 2,000 kg/㎟이고, 상기 스페이서 입자는 상기 도전성 입자가 10% 압축되었을 때의 압축강도의 2배 이상의 압축강도를 보유할 수 있고, 상기 접속되는 전기 또는 전자 부품들 사이에 본 발명에 따른 도전성 접착 조성물이 도포되고 고온 및 고압에서 압착될 때 상기 도전성 입자는 탄성변형되고 상기 스페이서 입자는 변형되지 않거나 소성변형될 수 있다.
본 발명에 따른 도전성 접착 조성물은 크기와 경도가 상이한 도전성 입자와 스페이서 입자를 포함함으로써, 접속되는 전기 또는 전자 부품 간의 접속 저항을 최소화할 수 있으며, 상기 접착 조성물의 열팽창시에도 상기 전기 또는 전자 부품 간의 전기적 접속을 안정적으로 유지할 수 있는 효과를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 접착 조성물에 의해 전자부품이 접속된 모습을 개략적으로 도시한 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 접속되는 전자부품들(10a,10b)은 이들의 접속면에 본 발명에 따른 접착 조성물이 도포된 상태로 고온 및 고압으로 압착됨으로써 결합될 수 있다. 상기 압착시 고온에 의해 상기 접착 조성물은 경화되어 접착력을 보유하게 되고 상기 접착 조성물에 포함된 상기 도전성 입자(c1) 및 상기 스페이서 입자(c2)들은 상기 전자부품들(10a,10b)에서 전기적으로 연결되어야 하는 대향하는 한 쌍의 전극(11a,11b) 사이에서 이들을 연결하게 된다.
특히, 상대적으로 평균 입경은 크나 경도가 낮은 도전성 입자(c1)는 상기 압착시 고압에 의해 압력이 인가되는 방향으로 수축하고 압력이 인가되는 방향과 수직방향으로 팽창하여 변형됨으로써 상기 전극(11a,11b)와의 충분한 접촉 면적을 확보하여, 결과적으로 접속 저항을 저감시키는 기능을 수행할 수 있다.
또한, 상기 전자부품들(10a,10b)의 운용시 발열에 의해 상기 접착 조성물을 구성하는 수지가 팽창함으로써 상기 전극(11a,11b) 사이의 간격이 증가하게 되는 경우, 상기 변형된 도전성 입자(c1)는 변형에서 회복되어 상기 압력이 인가된 방향으로 다시 팽창함으로써 상기 전극(11a,11b)과의 접속을 유지하여 상기 접속 저항이 증가하는 것을 억제할 수 있다.
한편, 상대적으로 평균 입경은 작으나 경도가 높은 스페이서 입자(c2)는 상기 압착시 상기 한 쌍의 전극(11a,11b) 사이의 간격이 과도하게 좁아지는 것을 억제함으로써, 상기 한 쌍의 전극(11a,11b) 사이에 충분한 접착 조성물이 잔존하여 충분한 접착력이 발휘되도록 하는 동시에 상기 도전성 입자(c1)가 과도하게 변형되어 원상회복력을 상실하는 것을 억제하는 기능을 발휘한다.
또한, 상기 고압에 의한 압착시 상기 스페이서 입자(c2)는 이의 높은 경도에 의해 상기 전극(11a,11b)의 표면에 부분적으로 삽입되어 상기 전극(11a,11b)과의 접촉 면적이 증가되므로, 상기 도전성 입자(c1)와 같은 도전성 소재로 이루어지는 경우 결과적으로 접속 저항을 저감시키는 기능을 추가로 수행할 수 있다.
앞서 기술한 바와 같이, 상대적으로 평균 입경이 작은 스페이서 입자(c2)는 상대적으로 평균 입경이 큰 도전성 입자(c1)의 평균 입경의 40 내지 60%의 평균 입경을 갖는다. 상기 스페이서 입자(c2)의 평균 입경이 도전성 입자(c1)의 평균 입경의 40% 미만인 경우 상기 한 쌍의 전극(11a,11b) 사이의 간격이 좁아져 상기 접착 조성물이 불충분하게 존재하여 접착력이 저하되는 동시에 상기 도전성 입자(c1)의 변형이 과도하여 원상회복력이 상실되는 수준으로 소성변형될 수 있어 상기 접촉 조성물이 열팽창하는 경우 접속 저항이 증가하게 된다.
반면, 상기 스페이서 입자(c2)의 평균 입경이 상기 도전성 입자(c1)의 평균 입경의 60% 초과인 경우 상기 도전성 입자(c1)의 변형이 불충분해 상기 전극(11a,11b)과 상기 도전성 입자(c1)의 충분한 접촉 면적이 확보되지 않고, 결과적으로 접속 저항이 증가하게 된다.
한편, 상대적으로 경도가 높은 스페이서 입자(c2)는 상대적으로 경도가 낮은 도전성 입자(c1)가 10% 압축되었을 때의 압축강도의 2배 이상의 압축강도를 보유할 수 있다. 상기 스페이서 입자(c2)의 상기 압축강도가 상기 도전성 입자(c1)의 상기 압축강도의 2배 미만인 경우 상기 스페이서 입자(c2)의 경도가 불충분하기 때문에 상기 한 쌍의 전극(11a,11b) 사이의 간격을 유지할 수 없고, 결과적으로 상기 도전성 입자(c1)의 과도한 변형에 의한 원상회복력 상실로 상기 접촉 조성물이 열팽창하는 경우 접속 저항이 증가할 수 있고 상기 한 쌍의 전극(11a,11b) 사이의 접착력이 불충분할 수 있다.
상기 도전성 입자의 함량은 상기 접착 조성물의 총 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%일 수 있다. 여기서, 상기 도전성 입자의 함량이 1 중량% 미만인 경우 접속되는 전자부품간 접속 저항이 크게 증가할 수 있는 반면, 30 중량% 초과인 경우 접속되는 전자부품간 접착력이 불충분할 수 있다.
특히, 상기 도전성 입자로서 포함되는 도전성 입자(c1) 및 스페이서 입자(c2)의 중량비는 1:1 내지 1:10일 수 있다. 상기 함량비가 1:1 미만인 경우 상기 한 쌍의 전극(11a,11b) 사이의 간격 유지가 곤란해, 이로 인해 상기 전극(11a,11b) 간 접착력 확보와 도전성 입자(c1)의 과도한 변형에 의한 원상회복력 상실의 문제가 유발될 수 있는 반면, 상기 중량비가 1:10 초과인 경우 상기 도전성 입자(c1)의 함량이 불충분하여 상기 접촉 조성물의 열팽창시 상기 한 쌍의 전극(11a,11b) 사이의 접속 저항이 증가할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이 접속된 전자부품들(10a,10b)은 고온 고습 환경하에서 상기 접착 조성물과 상기 전자부품들(10a,10b)의 접착 계면에서의 접착력 부족과 상기 접착 조성물의 경화시 수축응력의 잔류로 인해 상기 접착 조성물과 상기 전자부품들(10a,10b) 사이에 아주 미세한 마이크로 크랙(micro crack), 마이크로 보이드(micro void) 등이 발생하게 되고, 이를 통로로 수분이 침투하게 되는데, 이렇게 침투한 수분, 상기 전극(11a,11b)에 인가된 전위차, 및 상기 수지에 함유되거나 상기 전극(11a,11b) 표면에 잔존하는 이온성 불순물, 예를 들어, Cl-, Na+, K+, SO4 -, F-, Br- 등에 의해 갈바닉 부식(galvanic corrosion), 전기화학적 마이그레이션(electrochemical migration) 등이 발생하게 되며, 이로 인해 상기 전극(11a,11b)이 부식되어 단선되거나 석출된 은(Ag) 이온들로 인해 인접한 전극 간에 단락이 발생할 수 있다.
따라서, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 접착 조성물은 상기 부식 및 마이그레이션을 억제하기 위해 상기 이온성 불순물을 포착하는 이온 포착제(i)를 추가로 포함할 수 있다.
상기 이온 포착제(i)는 니트릴기를 포함하는 시안화물, 트리아졸계 유도체를 포함하는 유기 화합물, 하이드로탈사이트계 이온 포착제, 산화 비스무트계 이온 포착제, 산화 안티몬계 이온 포착제, 인산 티탄계 이온 포착제 및 인산 지르코늄계 이온 포착제로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
상기 이온 포착제는 상기 이온성 불순물을 염 형태로 변환시키므로, 상기 부식 및 마이그레이션을 방지하여 상기 전극(11a, 11b)의 단선 및 상기 전극(11a,11b) 간의 단락을 방지할 수 있다.
상기 이온 포착제(i)의 함량은 상기 조성물의 총 중량을 기준으로 1 중량% 이상 10 중량% 미만을 포함할 수 있는데, 상기 이온 포착제(i)의 함량이 상기한 수치범위 미만일 경우 상기 이온성 불순물의 처리 효과가 줄어들어 상기 부식 및 마이그레이션 억제 효과가 감소될 수 있으며, 상기한 수치범위를 초과하는 경우, 상기 전자부품(10a, 10b)에 대한 상기 접착 조성물의 표면 특성이 저하되어 상기 접착 조성물의 접착 특성이 저하될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 접착 조성물은 상기 전자부품(10a,10b) 간의 접속을 위해 경화되는 과정에서 가열 또는 충격에 의해 흐름이 발생할 수 있기 때문에 치수안정을 위한 틱소트로피성(thixotropic property) 발현을 위해 무기물 필러(f)를 추가로 포함할 수 있다.
상기 틱소트로피성(thixotropic property)이란 유체에 교반과 같은 외력이 존재할 시 점성의 감소로 유동성이 발생되고, 외력이 존재하지 않을 시 점성이 회복되어 유동성이 상실되는 성질로서, 상기 접착 조성물은 상기 무기물 필러(f)를 통해 틱소트로픽성이 부여되어, 경화되기 전 상기 전자부품(10a, 10b) 상에서 흐르는 것이 방지되어 취급성 및 작업성이 향상될 수 있다.
상기 무기물 필러(f)는 상기 접착 조성물에 틱소트로피성을 부여할 수 있는 물질이면 특별히 제한되지 않으나, 예를 들어, 탄산칼슘, 탄산마그네슘, 황산바륨, 황산마그네슘, 규산알루미늄, 규산지르코늄, 산화철, 산화티탄, 산화알루미늄, 산화아연, 산화규소, 티탄산칼륨, 카올린, 탤크, 석면분말, 석영분말, 운도 및 유리섬유로 이루어진 그룹으로부터 1종 이상 포함될 수 있다.
또한, 상기 무기물 필러(f)는 상기 접착 조성물에 틱소트로피성을 부여하는 효과 외에도, 상기 접착 조성물의 비표면적을 조절함으로써 상기 전자부품(10a,10b) 사이의 간격 조절이나 상기 접착 조성물을 구성하는 물질들의 함량 조절을 용이하게 할 수 있다.
상기 무기물 필러(f)의 함량은 상기 접착 조성물의 총 중량을 기준으로 1 내지 10 중량%일 수 있다. 여기서, 상기 무기물 필러(f)의 함량이 상기한 수치범위 미만일 경우 상기 접착 조성물의 경화물의 선팽창률이 상승하여 높은 접합 신뢰성을 실현하는 것이 곤란해질 수 있는 반면, 상기 수치범위를 초과하는 경우 상기 접착 조성물의 경화물은 탄성률이 상승하기 때문에 열응력을 완화시킬 수 없어 높은 접합 신뢰성을 실현하는 것이 곤란해질 수 있다.
또한, 상기 무기물 필러(f)의 평균 입경은 0.2 내지 2 μm일 수 있는데, 상기 무기물 필러(f)의 평균 입경이 상기한 수치 미만인 경우 상기 접착 조성물의 분산성 및 유동성이 저하될 수 있는 반면, 상기한 수치범위를 초과하는 경우 상기 접착 조성물의 접착력이 저하될 수 있다.
[실시예]
1. 제조예
아래 표 1에 나타난 구성성분 및 함량으로 실시예 및 비교예 각각에 따른 접착 조성물을 제조했다. 아래 표 1에 기재된 함량의 단위는 중량%이다.
실시예 비교예 1 비교예 2 비교예 3 비교예 4
에폭시 수지 40 40 40 40 40
경화제 5 5 5 5 5
도전성 입자 5 5 5 10
스페이서 입자 5 5 5 10
이온 포착제 5 10 5 5
경화 촉진제 5 5 5 5 5
무기물 필러 5 5 5 5 5
- 도전성 입자(금속피복 수지입자; 평균입경 : 20 ㎛ ; 10% 압축시 압축강도 : 600 kg/㎟)
- 스페이서 입자(구형 니켈입자; 평균입경 : 8 ㎛)
2. 물성 평가
(1) 접착력 평가
실시예 및 비교예 각각의 접착 조성물을 은(Ag) 전극(폭 200 ㎛, 전극간 간격 300 ㎛)이 인쇄된 PET 기판과 폴리이미드 소재의 베이스 기판 위에 Cu/NiAu 전극(폭 200 ㎛, 전극간 간격 300 ㎛)이 인쇄된 FPCB(Flexible Printed Circuit Board) 기판 사이에 도포하고 150℃의 온도에서 1.5 MPa의 압력으로 10초 동안 경화한 후, 상기 PET 기판을 기준으로 상기 FPCB 기판을 90°각도로 박리하는 실험을 수행하고, 상기 FPCB 기판이 90°각도로 박리될 때에 인가된 힘을 접착력으로 측정했다.
(2) 접속저항 평가
실시예 및 비교예 각각의 접착 조성물을 아래 그림과 같이 설계된 FPC 기판과 ITO 글라스 사이에 도포하고, 150℃의 온도에서 1.5 MPa의 압력으로 10초 동안 경화한 후, Kiethley236 장비를 이용해서 10 mA의 전류를 일정하게 흘리고 V1 지점과 V2 지점의 전압차이를 이용해서 상기 접착 조성물에 포함된 도전성 입자에 의한 초기 접속저항을 측정했다. 또한, 접속된 FPC 기판과 ITP 글라스에 10 mA의 전류와 3.5 V의 전압을 인가한 상태로 85℃ 및 85%RH의 고온 고습 챔버에서 500 시간 동안 방치하는 신뢰성 평가 후 접속저항을 측정했다.
Figure 112016007657826-pat00001
(3) 마이그레이션 평가
실시예 및 비교예 각각의 접착 조성물을 은(Ag) 전극(폭 200 ㎛, 전극간 간격 300 ㎛)이 인쇄된 PET 기판과 폴리이미드 소재의 베이스 기판 위에 Cu/NiAu 전극(폭 200 ㎛, 전극간 간격 300 ㎛)이 인쇄된 FPCB(Flexible Printed Circuit Board) 기판 사이에 도포하고 150℃의 온도에서 1.5 MPa의 압력으로 10초 동안 경화한 후, 10 mA의 전류와 3.5 V의 전압을 인가한 상태로 85℃ 및 85%RH의 고온 고습 챔버에서 500 시간 동안 방치하는 신뢰성 평가 후 외관상 마이그레이션 형상을 확인했다.
상기 물성의 평가 결과는 아래 표 2에 나타난 바와 같다.
실시예 비교예 1 비교예 2 비교예 3 비교예 4
접착력(g/cm) 1,210 1,320 1,050 1,120 1,240
초기 접속저항(mΩ) 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03
신뢰성 후 접속저항(mΩ) 0.06 0.06 0.07 2.4 3.6
신뢰성 후 마이그레이션
발생 여부
미발생 발생 미발생 미발생 미발생
상기 표 2에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예의 접착 조성물은 적절한 도전성 입자에 의해 상기 접착 대상간 간격을 적절히 유지할 수 있으므로, 접착력이 우수하고, 접속저항, 특히 열팽창후의 접속저항도 낮게 유지하며, 마이그레이션의 발생을 억제할 수 있는 것으로 확인되었다.
반면, 비교예 1의 접착 조성물은 이온 포착제를 포함하지 않아 마이그레이션이 발생하는 문제가 있고, 비교예 2의 접착 조성물은 이온 포착제의 함량이 과다하여 접착 대상에 대한 접착력이 크게 저하된 것으로 확인되었다.
또한, 비교예 3의 접착 조성물은 평균 입경이 크고 경도가 낮은 도전성 입자만을 포함하므로 접속된 전극 사이의 간격을 유지하기 곤란해 상기 전극 사이에 잔존하는 접착 조성물의 함량이 불충분하여 접착력이 저하될 뿐만 아니라, 고압에 의한 압착시 상기 도전성 입자가 과도하게 변형되어 소성됨으로써 원상회복력을 상실하게 되어 고온에서 수행된 신뢰성 평가시 열팽창함에 따라 접속된 전극 사이의 간격이 증가할 때 상기 도전성 입자와 상기 전극이 분리되어 접속저항이 크게 증가한 것으로 확인되었다.
나아가, 비교예 4의 접착 조성물은 평균 입경이 작고 경도가 큰 스페이서 입자만을 포함하므로 고온에서 수행된 신뢰성 평가시 열팽창함에 따라 접속된 전극 사이의 간격이 증가할 때 상기 도전성 입자와 상기 전극이 분리되어 접속저항이 크게 증가한 것으로 확인되었다.
본 명세서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 당업자는 이하에서 서술하는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명은 다양하게 수정 및 변경 실시할 수 있을 것이다. 그러므로 변형된 실시가 기본적으로 본 발명의 특허청구범위의 구성요소를 포함한다면 모두 본 발명의 기술적 범주에 포함된다고 보아야 한다.
10a,10b : 전자부품 11a,11b : 전극
c1 : 도전성 입자 c2 : 스페이서 입자
i : 이온 포착제 f : 무기물 필러

Claims (12)

  1. 전기 또는 전자 부품 접속용 도전성 접착 조성물로서,
    에폭시 수지, 경화제, 도전성 입자 및 스페이서 입자를 포함하고,
    상기 스페이서 입자는 상기 도전성 입자의 평균 입경의 40 내지 60 %의 평균 입경을 갖고, 상기 스페이서 입자의 경도는 상기 도전성 입자의 경도의 2배 이상이며,
    상기 도전성 입자는 10 % 압축시 압축강도가 200 내지 2000 kg/mm2로서 전기 또는 전자 부품의 접속을 위해 상기 스페이서 입자에 의해 유지되는 간격으로 압축되는 경우 탄성변형되는 것을 특징으로 하는, 도전성 접착 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 도전성 입자의 평균 입경은 3 내지 30 ㎛인 것을 특징으로 하는, 도전성 접착 조성물.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 도전성 입자의 평균 입경은 10 내지 30 ㎛이고, 상기 스페이서 입자의 평균 입경은 4 내지 18 ㎛인 것을 특징으로 하는, 도전성 접착 조성물.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조성물의 총 중량을 기준으로, 상기 도전성 입자의 함량은 2 내지 30 중량%이고, 상기 도전성 입자와 상기 스페이서 입자의 중량비는 1:1 내지 1:10인 것을 특징으로 하는, 도전성 접착 조성물.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스페이서 입자는 금, 은, 니켈, 구리 또는 이들의 합금으로 이루어진 전도성 입자, 비전도성 입자 또는 이들 모두를 포함하고 소성변형되는 것을 특징으로 하는, 도전성 접착 조성물.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조성물은 액상 형태인 것을 특징으로 하는, 도전성 접착 조성물.
  7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조성물의 총 중량을 기준으로, 니트릴기를 포함하는 시안화물, 트리아졸계 유도체를 포함하는 유기 화합물, 하이트도탈사이트계 이온 포착제, 산화 비스무트계 이온 포착제, 산화 안티몬계 이온 포착제, 인산 티탄계 이온 포착제 및 인산 지르코늄계 이온 포착제로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 이온 포착제 1 중량% 이상 10 중량% 미만을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 도전성 접착 조성물.
  8. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조성물의 총 중량을 기준으로, 탄산칼슘, 탄산마그네슘, 황산바륨, 황산마그네슘, 규산알루미늄, 규산지르코늄, 산화철, 산화티탄, 산화알루미늄, 산화아연, 산화규소, 티탄산칼륨, 카올린, 탤크, 석면분말, 석영분만, 운모, 유리섬유로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 무기물 필러 1 내지 10 중량%를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 도전성 접착 조성물.
  9. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 에폭시 수지는 비스페놀형 에폭시 수지와 다관능 에폭시 수지를 포함하고, 상기 다관능 에폭시 수지의 함량은 상기 에폭시 수지의 총 중량을 기준으로 10 내지 40 중량%인 것을 특징으로 하는, 도전성 접착 조성물.
  10. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조성물의 총 중량을 기준으로, 상기 경화제의 함량은 5 내지 50 중량%인 것을 특징으로 하는, 도전성 접착 조성물.
  11. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조성물의 총 중량을 기준으로, 경화 촉진제 10 내지 50 중량%를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 도전성 접착 조성물.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 경화 촉진제는 캡슐(capsule) 형태로서 제공되는 것을 특징으로 하는, 도전성 접착 조성물.
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