KR101727247B1 - 나노사이즈의 도전입자를 포함하는 이방도전성 접착필름 - Google Patents

나노사이즈의 도전입자를 포함하는 이방도전성 접착필름 Download PDF

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Abstract

이방도전성 접착필름이 개시된다. 본 접착필름은, 경화수지; 경화제; 및 도전입자;를 포함하고, 서로 대치되는 회로부재 사이에 개재되어 두께방향으로는 서로 대향하는 회로전극간을 전기적으로 접속하면서 동시에 면방향으로는 이웃하는 회로전극간을 전기적으로 절연시키는 이방도전성 접착필름으로서, 상기 도전입자는 복수의 전도성 나노입자를 포함하고, 상기 복수의 전도성 나노입자의 입도분포는 1nm 이상 및 100nm 이하의 범위를 갖는 것을 특징으로 한다.

Description

나노사이즈의 도전입자를 포함하는 이방도전성 접착필름{ANISOTROPIC CONDUCTIVE ADHESIVE FILM INCLUDING NANO-SIZED CONDUCTIVE PARTICLES}
본 발명은 이방도전성 접착제를 이용한 회로접속기술에 대한 것으로서, 더 자세하게는 서로 대향하는 두 개의 회로부재를 상호 접속함에 있어서, 두께방향으로 대향하는 두 개의 전극을 전기적으로 도통시키면서 동시에 면방향으로는 이웃하는 전극들 사이에 절연성을 유지할 수 있는 회로접속용 이방도전성 접착제에 관한 것이다.
전자장치의 소형화 및 박형화에 수반되어, 회로부재가 고밀도화 및 고정밀화되고 있다. 이에 따라 미세회로의 접속을 위해서는 종래의 용접 또는 납땜 등의 방식으로는 대응이 곤란하게 되었다. 이러한 문제를 해결하기 위해서 이방도전성 접착제가 개발되었는데(일본 공개특허공보 소화51-21192호), 이방도전성 접착제(Anisotropic Conductive Adhesives)는, 경화수지를 포함하는 접착성분에 도전입자를 배합시키되 그 함량을 조절함으로써, 두께 방향으로는 서로 대향하는 두 전극을 전기적으로 도통시키고, 동시에 면방향으로는 이웃하는 전극간에 절연성을 유지할 수 있는 회로접속부재를 말한다. 이러한 이방도전성 접착제는 디스플레이 소자, 반도체 소자 등의 제조시 여러 회로부재들을 전기적으로 접속 및 접착시킬 목적으로 널리 사용되고 있다.
한편, 근래에 들어 전자회로의 집적도가 증가하면서 전극간 피치(Pitch)가 점점 미세화되고 있으며, 그에 따라 회로전극의 크기(면적)도 점차 소형화되고 있다. 더구나, 최근에는 신체에 부착하여 사용할 수 있는 다양한 웨어러블 디바이스(Wearable Device)의 개발 및 상용화가 더욱 가속화되고 있다. 따라서, 전극간 피치가 미세한 전자회로 및/또는 유연성이 있는 회로기판에 적용되는 경우에도, 회로부재들 사이의 전기적 접속 신뢰성이 유지될 수 있는 이방도전성 접착제가 절실히 요구되고 있다.
따라서, 본 발명은 상술한 종래의 이방도전성 접착제의 문제점을 해결하고자 한 것으로서, 전극간 피치가 미세한 전자회로 혹은 웨어러블 디바이스에 적용하는 경우 회로부재들 사이의 전기적 접속 신뢰성이 우수한 이방도전성 접착필름을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 이방도전성 접착필름은, 경화수지; 경화제; 및 도전입자;를 포함하고, 서로 대치되는 회로부재 사이에 개재되어 두께방향으로는 서로 대향하는 회로전극간을 전기적으로 접속하면서 동시에 면방향으로는 이웃하는 회로전극간을 전기적으로 절연시키는 이방도전성 접착필름으로서, 상기 도전입자는 복수의 전도성 나노입자를 포함하고, 상기 복수의 전도성 나노입자의 입도분포는 1nm 이상 및 100nm 이하의 범위를 갖는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 복수의 전도성 나노입자의 평균입도는 20nm 이상 및 60nm 이하일 수 있다. 특히, 상기 복수의 전도성 나노입자는 전도성 금속입자인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 회로접속방법을 이용하면, 초미세피치를 가진 전자회로 및 웨어러블 디바이스에 채용되는 플렉서블 회로기판(FPCB) 등에 적용하는 경우에도, 전극간 접속저항을 크게 낮출 수 있으면서 동시에 도전입자간 응집이 발생하지 않게 되어, 회로부재의 전기적 접속 신뢰성 및 이웃하는 회로전극간 절연성을 크게 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 접착필름을 적용한 회로부재에서의 접속저항을 측정한 결과를 도시한 그래프이다.
도 2는 비교예에 따른 접착필름을 적용한 회로부재에서의 접속저항을 측정한 결과를 도시한 그래프이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 접착필름을 적용한 회로부재에서 접착필름이 접착된 후의 외관상태를 촬영한 이미지이다.
도 4는 비교예에 따른 접착필름을 적용한 회로부재에서 접착필름이 접착된 후의 외관상태를 촬영한 이미지이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 접착필름을 적용한 회로부재가 가혹조건에서 사용되는 경우 접속저항의 변화를 측정한 그래프이다.
도 6은 비교예에 따른 접착필름을 적용한 회로부재가 가혹조건에서 사용되는 경우 접속저항의 변화를 측정한 그래프이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 접착필름을 다양한 전극간 간격을 가진 회로부재에 적용한 경우 이웃하는 전극간 절연특성을 평가한 결과를 도시한 그래프이다.
도 8은 비교예에 따른 접착필름을 다양한 전극간 간격을 가진 회로부재에 적용한 경우 이웃하는 전극간 절연특성을 평가한 결과를 도시한 그래프이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 이를 상세한 설명을 통해 상세히 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 아울러, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본 발명에 따른 이방도전성 접착필름은, 경화수지; 경화제; 및 도전입자;를 포함하고, 서로 대치되는 회로부재 사이에 개재되어 두께방향으로는 서로 대향하는 회로전극간을 전기적으로 접속하면서 동시에 면방향으로는 이웃하는 회로전극간을 전기적으로 절연시키는 이방도전성 접착필름으로서, 특히 상기 도전입자는 복수의 전도성 나노입자를 포함하고, 상기 복수의 전도성 나노입자의 입도분포는 1nm 이상 및 100nm 이하의 범위를 갖는 것을 특징으로 한다. 여기서, 상기 복수의 전도성 나노입자의 평균입도는 20nm 이상 및 60nm 이하인 것이 바람직하고, 나아가 상기 복수의 전도성 나노입자는 전도성 금속입자인 것이 바람직하다.
본 발명의 발명자는 초미세피치를 가진 전자회로 및 웨어러블 디바이스에 채용되는 플렉서블 회로기판(FPCB) 등에 적용하는 경우에, 도전입자의 입자분포를 특정 범위 내로 제한하면, 전극간 접속저항을 크게 낮출 수 있으면서도 동시에 도전입자간 응집이 발생하지 않게 되어, 회로부재의 전기적 접속 신뢰성 및 이웃하는 회로전극간 절연성을 크게 향상시킬 수 있음을 알게 되었다. 특히, 도전입자를 복수의 전도성 나노입자로 형성하면, 접착필름을 회로부재 사이에 개재하여 열압착하는 경우, 낮은 온도 환경하에서도 회로전극 표면에 융착되는 효과가 발생함을 알게 되었다. 즉, 나노입자로 형성된 금속입자는 분말의 표면적 증가로 인해 금속의 용융온도가 낮아지는 효과가 발생하고, 이로 인해 대향하는 두 개의 전극 표면에 융착되어 회로전극 및 금속입자 사이의 전기적 계면 저항이 낮아지게 된다. 또한, 상술한 효과는 이방도전성 접착필름에 의해 제조된 전자장치가 가혹 조건에서 사용되는 경우에도 더욱 유리하게 작용한다. 즉, 나노입자로 형성된 금속입자가 회로전극에 융착되어 있음으로 인해, 가혹조건에서 사용되는 경우 특히 회로기판이 여러번 휘어지는 경우에도 피착재간 접속상태가 불안정해지는 것을 방지하게 된다.
한편, 본 발명에 따른 이방도전성 접착필름은, 바인더 성분으로서 경화수지 및 경화제를 포함한다. 여기서, 종래의 이방도전성 접착제에 사용되는 다양한 경화성 수지 및 경화제를 그대로 이용할 수 있다. 예컨대, 경화수지로는, 라디칼에 의해 중합가능한 관능기를 갖는 중합성 물질로서, 아크릴레이트(acrylate), 메타크릴레이트, 말레이미드 등의 화합물, 에폭시 수지 등과 같은 열경화성 수지 등이 사용될 수 있다. 그리고, 경화제로는 가열에 의해 유리라디칼을 발생하는 경화제를 사용할 수 있으며, 예컨대 유기과산화물류, 아조(azo) 화합물류, 이미다졸(imidazole)류 등과 같은 화합물이 사용될 수 있다. 아울러, 경화제로는 이방도전성 접착제의 저장수명이 향상될 수 있도록 고분자 수지로 피복된 잠재성 경화제가 사용될 수도 있다. 나아가, 이방도전성 접착제에는 필요에 따라 충전재, 연화제, 촉진제, 착색제, 난연화제, 광안정제, 커플링제 또는 중합금지제 등이 더 첨가될 수도 있다.
상술한 이방도전성 접착제는 필름 형상으로 형성되는 것이 바람직하다. 여기서, 필름 형상의 접착제 제조시에 도전입자로 사용되는 복수의 전도성 나노입자(바람직하게는 전도성 금속입자)를 균일하게 분산시키는 것이 필요하다. 이를 위해, 직경이 1mm 이하인 지르코늄 비드를 사용하여 별도의 교반 과정을 거쳐 접착필름을 제조하는 것이 바람직하다. 아울러, 접착필름 제조시, 도전입자가 분산 후 재응집되는 것을 방지하기 위하여 별도의 분산제를 첨가하는 것도 가능하다.
이하에서는, 본 발명에 따른 이방도전성 접착필름의 유리한 효과를 입증하기 위하여, 이방도전성 접착필름에 의해 접착된 두개의 회로부재에 대하여 전기적 접속저항 및 절연특성을 평가하였다.
[피착제의 제조]
회로부재로서 1mm의 두께로 ITO(Induim Tin Oxide)가 전면처리된 글래스 기판 2개를 준비하였다. 각각의 회로부재에 형성된 전극은 구리(Cu) 전극으로서, 전극높이는 27㎛, 전극폭은 250㎛, 그리고 이웃하는 전극간 간격(Space)은 250㎛였다.
[실시예의 제조]
일반적으로 이방도전성 접착필름에 사용되는 에폭시계 경화수지 및 안티몬계 경화제에 1nm 이상 및 100nm 이하의 입도분포를 가지는 복수의 은(Ag) 입자가 전도성 나노입자(즉, 도전입자)로서 분산된 접착필름을 제조하였다.
[비교예 1의 제조]
실시예와 동일한 경화수지 및 경화제에 입도분포가 100nm 초과 및 1㎛ 이하인 복수의 은(Ag) 입자가 도전입자로 분산된 접착필름을 제조하였다.
[비교예 2의 제조]
실시예와 동일한 경화수지 및 경화제에 입도분포가 0nm 초과 및 1nm 미만인 복수의 은(Ag) 입자가 도전입자로 분산된 접착필름을 제조하였다.
[평가결과]
먼저, 실시예 및 비교예 1 각각에 따른 접착필름을 피착제로 준비된 2개의 회로부재 사이에 개재하여 압착온도를 각각 160도, 180도 및 200도에서 20초간 2.5Mpa의 압력으로 열압착한 샘플들을 준비하였다. 준비된 샘플들에 대하여 각각 2단자법에 의해 서로 대향하는 전극간의 접속저항을 측정하였고, 복수회 측정한 결과를 누적분포(Cumulative distribution)로서 각각 도 1 및 도 2에 나타내었다. 도 1 및 도 2를 통해 알 수 있듯이, 실시예에 의해 열압착한 회로부재가 비교예 1에 의해 열압착한 회로부재에 비해 접속저항이 현저히 감소함을 알 수 있다. 이는 상대적으로 작은 크기의 나노 입자로 형성된 실시예의 은 입자들이 그 표면적 증가로 인해 용융온도가 낮아져서 비교적 낮은 온도에서도 접촉된 전극 표면에 융착되고, 그에 따라 은 입자와 회로전극 사이의 계면에서의 전기 저항이 감소함에 따른 것으로 이해된다.
아울러, 도 1 및 도 2에 사용된 각각의 샘플들에서 접착필름이 열압착된 상태를 확인한 결과, 본 실시예에 따른 회로부재에서는 입자간 응집현상을 발견할 수 없었으나(도 3 참조), 비교예 1에 따른 회로부재에서는 입자간 응집현상이 발견되었다(도 4 참조).
다음으로, 실시예 및 비교예 2 각각에 따른 접착필름을 2개의 피착제 사이에 개재하여 195도에서 25kgf의 하중으로 20초간 열압착하여 회로부재 샘플을 준비하였고, 준비된 회로부재 샘플들을 가혹조건에서 사용하는 경우에 대향하는 회로전극간 접속저항의 변화를 측정하였다. 가혹조건은 PCT(Pressure Cooker Test)를 이용하였고, 2atm 하에서 각각의 회로부재 샘플들을 30분(min), 1시간(hr), 13시간(hr) 동안 투입하여 시간경과에 따른 접속저항의 변화를 확인하였다. 그 결과, 은 입자의 입도분포가 1nm ~ 100nm인 실시예에 따른 접착필름에 의해 접착된 회로부재 샘플에서의 접속저항(도 5 참조)이, 은 입자의 입도분포가 0nm ~ 1nm인 비교예 2에 따른 접착필름에 의해 접착된 회로부재 샘플에서의 접속저항(도 6 참조)에 비해 현저히 낮음을 확인하였다. 이로써, 1nm 이하의 입도를 갖는 은 입자에서는 전극간 융착되는 효과가 오히려 감소함을 알 수 있고, 그에 따라 가혹조건 하에서 피착재 간 접속상태가 더 불안정해지는 결과가 초래되었다.
한편, 본 실시예에 따른 나노 크기의 전도성 입자를 도전입자로서 포함하는 이방도전성 접착필름을 사용하여 회로부재를 접착하는 경우에, 이웃하는 회로전극간 절연특성을 확인한 결과, 도 7에서 보듯이 이웃하는 전극간 간격이 각각 5㎛ ~ 8㎛인 모든 경우의 회로부재에서도 절연 특성이 우수함을 알 수 있다. 이에 반하여, 도 8에서 보듯이, 입도가 3㎛ 인 도전입자를 사용하는 경우에는, 전극간 간격이 5㎛ 인 경우에 단락이 발생함을 알 수 있다.
지금까지 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위 내에서 변형된 형태로 구현할 수 있을 것이다. 그러므로 여기서 설명한 본 발명의 실시예는 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 하고, 본 발명의 범위는 상술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (3)

  1. 경화수지; 경화제; 및 도전입자;를 포함하고, 이웃하는 전극간 간격이 5㎛ ~ 8㎛인 복수의 회로전극을 포함하는 회로부재 사이에 개재되어 두께방향으로는 서로 대향하는 회로전극간을 전기적으로 접속하면서 동시에 면방향으로는 이웃하는 회로전극간을 전기적으로 절연시키는 이방도전성 접착필름에 있어서,
    상기 도전입자는 복수의 전도성 나노입자를 포함하고, 상기 복수의 전도성 나노입자의 입도분포는 1nm 이상 및 100nm 이하의 범위를 가지며, 상기 복수의 전도성 나노입자의 평균입도는 20nm 이상 및 60nm 이하인 것을 특징으로 하는, 이방도전성 접착필름.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 전도성 나노입자는 전도성 금속입자인 것을 특징으로 하는, 이방도전성 접착필름.
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