KR101732965B1 - 고방열 led용 전도성 접착제 무용제형 실버 페이스트 - Google Patents

고방열 led용 전도성 접착제 무용제형 실버 페이스트 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고방열 LED용 전도성 접착제 무용제형 실버 페이스트에 관한 것으로써, 본 발명에 따른 고방열 LED용 전도성 접착제 무용제형 실버 페이스트는 분산제가 선표면 코팅 처리된 입자 크기 1 내지 4㎛인 마이크로 실버 파우더가 함유된 제1 실버 졸(sol) 100 중량부, 상기 제1 실버 졸과 별도로 분산제가 선표면 코팅 처리된 입자 크기 200 내지 600㎚인 나노 실버 파우더가 함유된 제 2실버 졸(sol) 20 내지 30 중량부, 에폭시 당량이 150 내지 200 인 에폭시 수지(epoxy resin) 5 내지 10 중량부, 그리고, 열경화제 0.1 내지 0.3 중량부를 포함하여 제조된 것이다.

Description

고방열 LED용 전도성 접착제 무용제형 실버 페이스트{CONDUCTIVE ADHESIVES SOLVENTLESS TYPE SILVER PASTE FOR HIGH RADIATION LED}
본 발명은 고방열 LED용 전도성 접착제 무용제형 실버 페이스트에 관한 것으로, 보다 상세하게는 LED의 우수한 발광 특성과 긴 수명을 위해서 인체 유해성 및 환경 오염 문제가 있는 종래 납땜 대신 열전도도가 우수한 금속인 실버(Ag)가 포함된 전도성 접착제의 원조성물인 실버 페이스트에 관한 것이다.
최근 LED 조명의 시장이 확대됨에 따라 고휘도 특성 등 효율이 더욱 우수한 LED의 수요가 증대되고 있다. 그런데 이러한 고휘도 LED를 구현하기 위해서는 광 출력을 현재보다 더 높여야 하기 때문에 LED 광원에 보다 높은 전압을 인가해야 된다. 그러나 인가 전압이 증가하게 되면 LED 모듈에서 발생되는 열 또한 증가하게 되므로 효율적으로 방열이 이루어지지 않는 경우 급격한 열화로 인해 LED 자체의 수명이 급격하게 감소하게 되는 문제점이 발생한다.
LED 모듈의 방열을 위한 전도성 접착제로 최근까지 납땜이 주로 사용되었으나 납은 인체 및 환경에 유해한 중금속으로 사용에 대한 규제가 이루어짐에 따라 납땜을 대체하는 전도성 접착제로 전도성이 우수한 금속인 실버(Ag)가 포함된 실버 페이스트를 LED 칩과 모듈 사이에 스크린 인쇄나 디스펜서 인쇄 작업 후 경화 과정을 거쳐 사용을 하고 있다.
이러한 LED용 실버 페이스트의 종래의 대표적인 예가 후기된 선행기술문헌의 특허문헌1인 "은 입자의 수성 분산액" 등이 있다.
이와 같은 종래에 사용되는 LED용 실버 페이스트는 열경화성 수지를 바인더로 사용하며 희석 용제를 추가하고, 일반적인 마이크로미터(㎛) 또는 나노미터(㎚) 단위의 단일 단위 스케일의 실버파우더를 열경화성 수지와 희석 용제와 함께 분산시켜 제조되었다.
그런데 단일 실버 파우더만으로 실버 페이스트를 구성하게 되면 경화된 상태의 실버 파우더간 접촉 면적에 한계가 있기 때문에 전도성이 떨어져 고휘도 LED 조명 시장의 방열 특성을 만족하지 못하는 문제점이 있었다. 뿐만 아니라 종래에 사용되는 LED용 실버 페이스트는 희석 용제를 포함하고 있어 스크린 인쇄나 디스펜서 인쇄 작업 후 건조 시간이 오래 걸릴 뿐만 아니라, 건조 및 경화 후 경화된 실버 페이스트의 표면에 크랙이 발생할 수 있어 전도성 접착제의 신뢰성을 확보하지 못하는 문제점이 있었다.
그러므로 고휘도 LED의 사용이 요구되는 조명 시장의 경우 LED 조명의 수명을 늘이기 위해서는 모듈로부터 발생된 열을 가능한 빨리 외부로 방출시킬 수 있는 전도성 접착제의 원조성물로 고방열 재료인 새로운 LED용 실버 페이스트의 개발이 절실한 실정이다.
KR 10-2011-0099724 A
따라서 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상기의 문제점을 해결하여 전도도를 더욱 향상시켜 고휘도 LED용 모듈로부터 발생된 열을 외부로 신속히 배출할 수 있을 뿐만 아니라, 희석 용제 사용 시 발생 가능한 표면 크랙의 문제점을 개선하여 전도성 접착제의 신뢰성을 확보할 수 있는 고방열 LED용 전도성 접착제 무용제형 실버 페이스트를 제공하는 것이다.
상기의 과제 해결을 위한 본 발명에 따른 고방열 LED용 전도성 접착제 무용제형 실버 페이스트는 분산제가 선표면 코팅 처리된 입자 크기 1 내지 4㎛인 마이크로 실버 파우더가 함유된 제1 실버 졸(sol) 100 중량부, 상기 제1 실버 졸과 별도로 분산제가 선표면 코팅 처리된 입자 크기 200 내지 600㎚인 나노 실버 파우더가 함유된 제 2실버 졸(sol) 20 내지 30 중량부, 에폭시 당량이 150 내지 200 인 에폭시 수지(epoxy resin) 5 내지 10 중량부, 그리고, 열경화제 0.1 내지 0.3 중량부를 포함하여 제조된 것이다.
상기 분산제는 유용성 도료용 고분자량 습윤분산제로 산성그룹을 가진 공중합체의 알킬올암모늄 염 용액 또는 안료친화그룹을 가진 고분자의 블록 공중합체 용액에서 선택된 하나 이상을 사용 할 수 있으며, 유기 용제를 함유하지 않는 것이 바람직하다.
상기 분산제는 실버 페이스트 조성물 100 중량부 당으로는 1.9 내지 2.8 중량부로 첨가되어 있는 것이 바람직하다.
상기 선표면 코팅 처리는 마이크로 실버 파우더와 나노 실버 파우더를 각각 상호 분리한 상태로 별도의 상기 분산제에 넣고 교반 시킨 후 원심분리기를 이용하여 각 실버 파우더에 코팅된 분산제를 제외한 나머지 분산제를 제거하는 처리이며, 이를 통해 각 실버 파우더 100 중량부 당 분산제가 2 내지 3 중량부로 각각 코팅된 상기 제1 실버 졸 및 상기 제2 실버 졸이 각각 만들어지게 된다.
상기 에폭시 수지는 비스페놀 A형 에폭시 수지((Diglycidyl Ether of Bisphenol A; DGEBA), 비스페놀 F형 에폭시 수지(Diglycidyl Ether of Bisphenol F; DGEBF), 페놀 노볼락 에폭시 수지(Phenol Novolac Epoxy) 또는 크레졸 노볼락 에폭시 수지(Cresol Novolac Epoxy) 등과 같은 노볼락형 에폭시 수지, 브롬화 에폭시 수지(Brominated Epoxy) 등과 같은 할로겐화 에폭시 수지(Halogenated Epoxy), 지환족 에폭시 수지(Cycloaliphatic Epoxy), 고무 변성 에폭시 수지(Rubber modified Epoxy), 지방족 폴리글리시딜형 에폭시 수지(Aliphatic polyglycidyl Epoxy), 글리시딜 아민형 에폭시 수지(Glycidylamine Epoxy), 폴리글리콜 에폭시 수지 (Polyglycol Epoxy) 및 카다놀 에폭시 수지(Cardanol-based Epoxy)를 단독 또는 하나 이상 혼합한 것일 수 있다.
이상과 같이 본 발명에 따른 고방열 LED용 전도성 접착제 무용제형 실버 페이스트에 의하면, 마이크로미터 단위의 실버 파우더와 나노미터 단위의 실버 파우더를 각각 분산제를 이용하여 선표면 코팅 처리를 하여 졸 상태로 만든 후 졸 상태의 선표면 코팅 처리된 두 단위의 실버 파우더를 에폭시 수지와 함께 혼합함으로써, 동일 단위의 실버 파우더간 응집 현상을 완화하고 다른 단위의 실버 파우더간 접촉 면적을 증대시킴으로써 전도도가 매우 우수하므로 고휘도 LED용 모듈로부터 발생된 열을 외부로 신속히 배출할 수 있어 LED 수명을 연장할 수 있는 유리한 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 고방열 LED용 전도성 접착제 무용제형 실버 페이스트에 의하면, 희석용제 사용 시 문제가 되었던 표면 크랙의 문제점을 희석 용제를 사용하지 않는 무(無)용제형 실버 페이스트로 대체함으로써 고방열 LED용 전도성 접착제의 신뢰성을 확보할 수 있는 유리한 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 고방열 LED용 전도성 접착제 무용제형 실버 페이스트의 실제 사진,
도 2는 좌측은 분산제 표면 코팅 처리 전 마이크로 단위 실버 파우더의 만 배율 광학 현미경 확대 사진이며, 우측은 분산제 표면 처리 전 나노 단위 실버 파우더의 삼만 배율 광학 현미경 확대 사진,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 고방열 LED용 전도성 접착제 무용제형 실버 페이스트와 종래 LED 용으로 사용 중인 용제형 실버 페이스트 간 비저항 및 경도 물성 비교 그래프,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 고방열 LED용 전도성 접착제 무용제형 실버 페이스트와 종래 LED 용으로 사용 중인 용제형 실버 페이스트 간 전단 속도에 따른 점도 변화 비교 그래프이며,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 고방열 LED용 전도성 접착제 무용제형 실버 페이스트와 종래 LED 용으로 사용 중인 용제형 실버 페이스트 간 전단 응력에 따른 저장 탄성율(G')과 손실 탄성율(G") 변화 비교 그래프이며,
도 6은 종래 LED 용으로 사용 중인 용제형 실버 페이스트 샘플의 열 경화 완료 후 삼백 배율 광학 현미경 표면 확대 사진,
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 고방열 LED용 전도성 접착제 무용제형 실버 페이스트 샘플의 열 경화 완료 후 삼백 배율 광학 현미경 표면 확대 사진,
도 8은 종래 LED 용으로 사용 중인 용제형 실버 페이스트의 전도성 페이스 샘플의 열 경화 완료 후 만 배율 광학 현미경 횡단면 확대 사진, 그리고,
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 고방열 LED용 전도성 접착제 무용제형 실버 페이스트 샘플의 열 경화 완료 후 만 배율 광학 현미경 횡단면 확대 사진이다.
본 발명의 실시예들에 관한 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면에 포함되어 있다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 발명의 실시예들에 따른 고방열 LED용 전도성 접착제 무용제형 실버 페이스트에 대한 설명에 앞서, LED용 전도성 접착제의 원재료인 실버 페이스트는 LED의 우수한 발광 특성과 장 수명을 위해서 크림 솔더(납땜)을 대체하는 소재로써, LED 모듈 위에 인쇄되어 LED 칩과 모듈을 상호 붙여주고 LED 모듈에서 발생되는 열을 외부로 효율적으로 방출할 수 있도록 하기 위해 사용되며, 스크린 인쇄와 디스펜서 인쇄가 가능하도록 전도성 실버 파우더와 열 경화 가능한 바인더(에폭시 수지) 조성물 및 분산제, 경화제 등을 포함하며, 필요에 따라 기능성 첨가제를 포함할 수 있음을 미리 밝혀둔다.
이하에서, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 따른 고방열 LED용 전도성 접착제 무용제형 실버 페이스트에 본 발명에 대해서 상세하게 설명한다.
본 발명에 따른 고방열 LED용 전도성 접착제 무용제형 실버 페이스트는 도1 에 도시된 바와 같이 분산제가 선표면 코팅 처리된 입자 크기 1 내지 4 ㎛인 제1 실버 졸(sol) 100 중량부,제1 실버 졸(sol)과 별도로 분산제가 선표면 코팅 처리된 입자 크기 200 내지 600㎚인 제2 실버 졸(sol) 20 내지 30 중량부, 에폭시 당량이 150 내지 200인 에폭시 수지(epoxy resin) 5 내지 10 중량부, 그리고, 열경화제 0.1 내지 0.3 중량부를 포함하여 구성된다. 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 고방열 LED용 전도성 접착제 무용제형 실버 페이스트의 실제 사진이다. 이러한 고방열 LED용 전도성 접착제 무용제형 실버 페이스트의 각 조성 및 특징을 설명하면 아래와 같다.
1. 제1 실버 졸, 제2 실버 졸
제1 실버 졸(sol), 제2 실버 졸(sol)에 각각 포함된 전도성 실버 파우더는 표시 소자에 사용될 수 있는 무기 전도성 실버 파우더일 수 있다. 일반적으로 무기 전도성 파우더는 터치 패널과 같은 표시 소자의 전극용 페이스트에 전도성을 부여하기 위한 것으로 예를 들어 1종 이상의 금속 파우더를 사용할 수 있다. 전도성 파우더로서 이번 발명에 사용된 금속 파우더는 실버(Ag) 파우더이다.
종래의 경우 전도성 파우더로서 금속 파우더를 사용하는 경우 적절한 입도 분포, 형태 및 평균 입경을 갖는 실버 파우더를 단독으로 사용하거나 또는 실버 파우더에 다른 금속 파우더, 바람직하게는 산화지르코늄, 산화주석, 산화안티몬, 산화니켈, 산화알루미늄 및 ITO(Indium Tin Oxide)와 같은 산화된 금속 입자에서 선택되는 금속 파우더를 혼합하여 사용하기도 하였다.
그런데 본 발명에서는 전도성 페이스트 내 1 조성인 금속 파우더로 하나의 금속인 실버를 단독으로 사용하되 실버 파우더의 크기가 서로 다른 두 입자를 사용한다. 즉 입자 크기가 1 내지 4 ㎛ 인 마이크로 단위 실버 파우더를 먼저 분산제로 선표면 코팅 처리를 하여 마이크로 단위 실버 파우더 간 응집력이 감소된 제1 실버 졸 상태로 사용하며, 제1 실버 졸과 혼합 전 별도로 입자 크기가 200 내지 600㎚ 인 나노 단위 실버 파우더를 먼저 상기 분산제와 동일한 분산제로 선표면 코팅 처리를 하여 나노 단위 실버 파우더 간 응집력이 감소된 제2 실버 졸 상태를 사용한다.
이때 제2 실버 졸은 제1 실버 졸 100 중량부 당 20 내지 30 중량부로 구성된다.
나노 실버 파우더와 마이크로 실버 파우더가 각각 분산제에 의해 선표면 코팅 처리된 상태인 제1 실버 졸과 제2 실버 졸로 이루어지게 되면, 동일 단위 입자 크기의 실버 파우더 간 응집력을 감소시킬 수 있기 때문에 이후 제1 실버 졸과 제2 실버 졸을 혼합하는 경우 마이크로 실버 파우더 사이의 공극에 나노 실버 파우더가 용이하게 분산 배치 될 수 있어 전체적으로 실버 파우더 간 접촉 면적 증대를 통해 전도도를 향상시킬 수 있게 된다.
상기 선표면 코팅 처리는 마이크로 실버 파우더와 나노 실버 파우더를 각각 상호 분리한 상태로 별도의 상기 분산제에 넣고 교반 시킨 후 원심분리기를 이용하여 각 실버 파우더에 코팅된 분산제를 제외한 나머지 분산제를 제거 하는 방법으로 만들어지게 되어 이를 통해 각 실버 파우더 100 중량부 당 분산제가 2 내지 3 중량부로 각각 코팅된 제1 실버 졸 및 제2 실버 졸이 각각 만들어지게 된다.
만들어진 제1 실버 졸 및 제2 실버 졸은 이후 하기 에폭시 수지와 열경화제에 같이 혼합되게 되면 본 발명에 따른 고방열 LED용 전도성 접착제 무용제형 실버 페이스트가 제조되게 되는 것이다.
제1 실버 졸 제2 실버 졸에 각각 포함된 마이크로 실버 파우더와 나노 실버 파우더의 최소 최대 입경(입자 크기) 이 외 겉보기 밀도, 평균 입경 및 비표면적은 아래 [표 1]과 같다.
형상 겉보기 밀도
(g/cc)		 평균입경
(㎛)		 최소/최대 입경
(㎛)		 비표면적
(m2/g)
제1 실버 졸- 마이크로 실버 파우더 판상
(Flake type)		 2.5 ~ 3.5 1.8 ~ 2.3 1.0 ~ 4.0 2.0 ~ 3.0
제2 실버 졸-나노 실버 파우더 3.0 ~ 4.0 0.3 ~ 0.4 0.2 ~ 0.6 3.0 ~ 4.0
한편, 도 2는 좌측은 분산제 표면 코팅 처리 전 마이크로 단위 실버 파우더의 만 배율 광학 현미경 확대 사진이며, 우측은 분산제 표면 처리 전 나노 단위 실버 파우더의 삼만 배율 광학 현미경 확대 사진이다. 도 2에 보는 바와 같이 마이크로 실버 파우더와 나노 실버 파우더는 각각 1 ~ 4㎛의 입도 분포와 200 ~ 600㎚의 입도 분포를 갖되 평평한 형태의 판상형(flake type)인 것이 바람직하다.
본 실시예에서 실버 파우더의 입자 크기는 0.2 내지 4.0 ㎛의 것을 사용하는데 실버 파우더 입자 크기가 커질수록 입자의 계면 저항이 줄고 입자 간 접촉 면적이 늘어나 전도성에서는 유리하지만 미세 패턴의 구현을 목적으로 할 경우에는 실버 파우더의 입자가 클수록 인쇄성이 저하될 수 있다. 반면 실버 파우더의 입자가 작은 경우에는 전체 피막에서 실버 파우더가 차지하는 부피가 감소하여 패턴 불량이나 패킹 불량이 발생하여 전도도가 저하될 수 있기 때문이다. 이때, 분산제에 의한 선표면 코팅 처리의 효과와 더불어 입도가 상이한 2개의 마이크로와 나노 실버 파우더를 사용하면 마이크로 실버 파우더 사이의 공극에 나노 파우더가 용이하게 배치됨으로써 전도성 실버 파우더 사이의 공극이 감소하고 접촉 면적이 증대되어 패킹 밀도를 증가시킬 수 있으므로 전도성을 향상시킬 수 있다.
한편, 전도성 실버 파우더의 형상은 크게 판형(Flake), 구형(Spherical), 응집형(Agglomerate)과 같은 임의의 형태를 가질 수 있지만 본 실시예에서는 높은 열전도율과 전도성을 가지기 위해서는 접촉면이 큰 판형의 전도성 파우더를 사용할 수 있다. 구형 입자는 점접촉을 하는 데 반하여 판형 입자는 면 접촉을 하기 때문에, 도전 패스 형성에 유리하여 전도성을 향상시킬 수 있다.
나노와 마이크로 실버 파우더를 합한 전도성 실버 파우더는 본 발명에 따른 실버 페이스트 조성물 100 중량부 당으로는 90.8 내지 93.1 중량부로 포함될 수 있다. 전도성 실버 파우더의 함량이 이보다 적으면 LED에서 요구되는 전도성을 달성하기 곤란하고, 전도성 미달로 인하여 LED광의 수명이 짧아지고 광량이 낮아지는 것을 문제점을 야기할 수 있다. 전도성 실버 파우더의 함량이 전술한 범위를 초과하면 분산성이 저하되거나 경화가 충분히 되지 않아서 LED 접착강도가 낮아 질 수 있다.
한편, 분산제는 유용성 도료용 고분자량 습윤분산제로 유기 용제를 함유하지 않은 산성그룹을 가진 공중합체의 알킬올암모늄 염 용액을 사용할 수 있다. 분산제는 실버 파우더의 입제적 안정화를 통하여 실버 파우더를 탈응집시킨다. 실버 파우더에 동일한 전하를 띠게 하여 실버 파우더 간에 전기 반발력을 일으켜 실버 파우더의 재응집 가능성을 방지한다. 또한 레벨링을 향상시키며, 실버 파우더의 함량이 높은 페이스트의 제조를 가능하게 해준다.
분산제는 실버 페이스트 조성물 100 중량부 당으로는 1.9 내지 2.8 중량부로 첨가될 수 있는데, 분산제가 1.9 중량부 미만으로 첨가되면 분산성 기능을 발휘하기 곤란하고, 2.8 중량부를 초과한 경우에는 분산성은 만족되지만 전도성이나 인쇄 적성 및 물성이 저하될 수 있기 때문이다.
2. 에폭시 수지-바인더
본 발명에 따른 고방열 LED용 전도성 접착제 무용제형 실버 페이스트를 구성하는 바인더로 주쇄의 말단 또는 측쇄에 에폭시 고리(epoxy ring)를 포함하는 에폭시 수지를 제1 실버 졸 100 중량부 기준으로 5 내지 10 중량부를 혼합 사용한다.
구체적인 예를 들면, 에폭시 수지는 비스페놀 A형 에폭시 수지((Diglycidyl Ether of Bisphenol A; DGEBA), 비스페놀 F형 에폭시 수지(Diglycidyl Ether of Bisphenol F; DGEBF), 페놀 노볼락 에폭시 수지(Phenol Novolac Epoxy), 크레졸 노볼락 에폭시 수지(Cresol Novolac Epoxy), 브롬화 에폭시 수지(Brominated Epoxy), 지환족 에폭시 수지(Cycloaliphatic Epoxy), 고무 변성 에폭시 수지(Rubber modified Epoxy), 지방족 폴리글리시딜형 에폭시 수지(Aliphatic polyglycidyl Epoxy), 글리시딜 아민형 에폭시 수지(Glycidylamine Epoxy), 폴리글리콜 에폭시 수지 (Polyglycol Epoxy) 및 카다놀 에폭시 수지(Cardanol-based Epoxy)를 단독 또는 하나 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
본 실시예에서 에폭시 수지는 에폭시 당량(EEW, Epoxy Equivalent Weight = Epoxy 평균 분자량(g/eq) / 분자당 Epoxide기의 수)이 150 ~ 200g/eq인 비스페놀 A형 에폭시 수지 사용하였으며, 그 물성은 아래의 [표 2]와 같다.
EEW(Epoxy Equivalent Weight) Viscosity
(cps at 25℃)		 Hy-Cl
(wt.%)		 Specific Gravity
(20℃)
150 ~ 200g/eq 7,000 ~ 11,000 0.05 max. 1.17
비스페놀 A형 에폭시 수지는 대표적인 에폭시형 수지로서, 주쇄의 말단에 에폭시기(epoxy ring)를 가진다. 비스페놀 A형 에폭시 수지는 분자의 말단에 에폭시기가 형성되어 반응성이 우수하고, 경화제와 변성 성분의 선택에 따라 광범위한 경화물성을 얻을 수 있다는 장점이 있으며, 다른 열경화성 수지에 비하여 경화수축이 적고, 비스페놀의 골격이 대칭성이 우수하고, 강직한 구조로 이루어져 있어, 강인성과 고온 안정성이 우수하다는 장점이 있다.
따라서 본 발명에 따른 고방열 LED용 전도성 접착제 무용제형 실버 페이스트 조성물에 바인더로 에폭시 수지가 상기 중량부로 함유되는 경우, 고온에서도 상온에서와 유사한 안정적인 강도를 나타낼 수 있다는 장점이 있다.
3. 열 경화제
본 발명에서 고방열 LED용 전도성 접착제 무용제형 실버 페이스트를 열 경화하기 위한 열 경화제는 아민계(Amine), 산무수물계(Anhydride), 폴리아미드계(Polyamide), 폴리아미드아민계(Polyamideamine), 페놀계(Phenol) 및 카복실산 폴리에스테르(Carboxylic acid Polyester)로 이루어진군으로부터 선택된 하나 이상을 제1 실버 졸 100 중량부 기준으로 0.1 내지 0.3 중량부를 혼합 사용한다. 즉 전체 실버 페이스트 조성물 100 중량부 당으로는 0.08 내지 0.21 중량부로 혼합 첨가되는데 경화제가 0.08 중량부 미만으로 첨가되면 원하는 기능을 발휘하기 곤란하고, 0.21 중량부를 초과한 경우에는 오히려 전도성이나 물성이 저하될 수 있기 때문이다.
4. 기타 첨가제
본 발명에서는 상기 1 내지 3의 고방열 LED용 전도성 접착제 무용제형 실버 페이스트에 전도성, 분산성, 저장 안정성, 인쇄적성 등의 특성들을 부여하는 기타 첨가제를 소량 더 포함할 수 있다.
이러한 첨가제의 일 예로서, 실버 페이스트 조성물의 터치 패널에 대한 스크린 인쇄 적성을 향상시키기 위한 계면 활성제, 실버 페이스트 조성물의 기판에 대한 밀착성을 향상시키기 위한 커플링제(밀착촉진제), 산화 방지제, 경화 촉진제, 레벨링제, 산 첨가제, 소포제, 충진제 중에서 선택되는 적어도 1종 이상의 첨가제를 제1 실버 졸 100 중량부 기준으로 0.1 중량부 이내로 추가 혼합 사용할 수 있다. 이 중 산 첨가제는 스테아린산, 초산, 개미산 인산, 말론산, 말레인산, 염산 및 황산 등에서 선택될 수 있으며, 소포제는 디메틸폴리실록산, 메틸에틸폴리실록산 및 디에틸폴리실록산 중에서 선택되는 적어도 1종 이상일 수 있다. 아울러, 레벨링제로는 실리콘 디아크릴레이트나 실리콘 폴리아크릴레이트에서 선택된 실리콘계 레벨링제 또는 메탄올, 에탄올, 부탄올에서 선택된 알코올계 레벨링제를 들 수 있다. 그 외에도 헥사플로로안티모네이트, 트리플릭산으로 블록되어 있는 암모늄 및 무기 충전제 등에서 선택된 기능성 첨가제가 혼합 사용될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 고방열 LED용 전도성 접착제 무용제형 실버 페이스트는 LED용 스크린 인쇄, 디스펜서 인쇄의 적성 및 작업성을 고려하여 적절한 점도를 가질 수 있고, LED에서 요구되는 적합한 전기적 특성을 가질 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 전도성 페이스트의 점도는 회전형 점도계를 사용하여 50 s -1 에서 15,000 내지 25,000 cps의 범위를 가질 수 있다.
이하에서는 실제 실험을 통해 확인한 본 발명의 제1 내지 제5 실시예에 따른 고방열 LED용 전도성 접착제 무용제형 실버 페이스트표를 비교예인 종래 LED 용으로 사용 중인 용제형 실버 페이스트와 상호 비교하여 바람직한 실시예에 대해 더욱 상세히 설명한다. 아래 [표 3]은 본 발명의 바람직한 제1 내지 제 5 실시예와 비교예간 조성, 경화 조건, 비저항 및 연필 경도에 관한 수치를 나타낸 것이다.
구분 실시예(중량부, g) 비교예(1)
(중량부, g)
1 2 3 4 5 1
제 1실버 졸 실버 파우더
(Ag)입자크기(㎛)		 1 ~ 4 100 100 100 100 100 125
제 2실버 졸 0.2 ~ 0.6 20 30 25 23 28
에폭시 수지 EEW
(g/eq)		 150 ~ 200 5 10 7.5 6.5 8.5 4
희석용제 - - - - - 8
첨가제 분산제
(sol에 포함되어
있는 양)		 (2.4) (3.8) (3.1) (2.7) (3.3) 3
경화제 0.1 0.3 0.2 0.2 0.2
경화 후 물성비교를 위한 경화 조건 경화조건 180℃ 60분
비저항(Ω*㎝) 5.5*10-5 6.4*10-5 2.4*10-5 1.8*10-5 2.6*10-5 8.2*10-5
연필경도(KSMISO15184) 5H 6H 6H 6H 6H 4H
한편, 도 3은 본 발명의 바람직한 실시예들에 따른 고방열 LED용 전도성 접착제 무용제형 실버 페이스트와 종래 LED 용으로 사용 중인 용제형 실버 페이스트 간 비저항 및 경도 물성 비교 그래프이다.
표 3 및 도 3을 통해 알 수 있는 바와 같이 본 발명의 실시예 1 내지 5와 비교예를 비교하여 볼 때 실시예 1 내지 5는 모두 비교예의 비저항보다 1.2 내지 4.5 배 낮으므로 열 전도율이 비교예보다 적어도 20% 이상 향상되었음을 확인할 수 있다. 또한, 실시예 1 내지 5를 비교예와 비교하여 볼 때 에폭시 수지가 5 중량부 이상일 때는 비교예보다 큰 경도인 5H가 나오며, 6.5 중량부 이상이 들어가면 경도가 6H까지 나오는 것을 알 수 있다. 한편, 실시예 4로 볼 때 에폭시 수지가 6.5 중량부, 나노 실버 파우다 크기가 200 ~ 600㎚인 제2 실버 졸이 23 중량부로 실버 페이스트 조성물이 제조될 때 제1 실버 졸 사이에 공극을 가장 이상적으로 채우고 접촉면의 증대를 통해 가장 양호한 전도성과 경도를 얻을 수 있는 최적 실시예로 확인이 되었다.
한편, 도 4는 본 발명의 바람직한 실시예들에 따른 고방열 LED용 전도성 접착제 무용제형 실버 페이스트와 종래 LED 용으로 사용 중인 용제형 실버 페이스트 간 전단 속도에 따른 점도 변화 비교 그래프이며, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 고방열 LED용 전도성 접착제 무용제형 실버 페이스트와 종래 LED 용으로 사용 중인 용제형 실버 페이스트 간 전단 응력에 따른 저장 탄성율(G')과 손실 탄성율(G") 변화 비교 그래프이다.
또한, [표 4]는 상기 도 5의 그래프를 수치로 나타낸 표이다.
점도 (cPs)
전단속도 실시예 비교예
1 2 3 4 5 1
1 1/s 76570 74300 89670 75530 56060 866900
5 1/s 52530 52630 54320 47170 49900 124300
10 1/s 33770 37160 35810 32350 35370 75960
50 1/s 21000 22620 21630 19920 22470 27800
100 1/s 17680 18110 16850 15170 17140 13730
TI (5/10) 2.50 2.33 2.51 2.37 2.22 4.47
도 4 및 도 5는 HAAKE사의 Rheoscope 1(Germany) 장비를 이용하여 실시예 1 내지 5와 비교예를 이용하여 각각 제조된 전도성 실버 페이스트의 레올로지(Rheology)를 측정한 것으로써, 측정 항목은 전단속도(0.1~100s-1)에 따른 점도 변화를 측정하는 Viscosity Profile과 전단응력(0.1~1000Pa)에 따른 저장 탄성율(G')과 손실탄성율(G") 변화를 측정하는 Amplitude Sweep을 사용하였다. 시료대는 직경이 35 ㎜의 평행판이고, 시료 간격은 0.8로 설정하였으며, 이 때 측정 온도는 23℃로 하였다.
도 4의 Shear rate(1/s)는 유체의 속도 기울기로 판과 판사이의 거리를 y(m), 유체의 유속을 u(m/s) 라 하면 u/y식이 나오는데 단위를 사용해 표현하면 m/s*m 즉 1/s가 나온다. 도 4의 그래프는 판과 판 사이의 유체 속도에 따른 점도를 표현한 것으로 인쇄 시 실버 페이스트 조성물이 받는 스트레스에 따라 실버 페이스트 조성물의 이동 속도가 변할 것이며 이 때 점도를 통해 인쇄 전 후 점도차에 따른 레벨링 및 분산성을 파악 할 수 있고 오렌지 필이나 메쉬 자국, 분화구 현상 등 도막 표면에서 생기는 결함을 예측할 수 있다.
도 4에서 보는 바와 같이 본 발명의 실시예 1 내지 5와 비교예를 비교하여 보면 Shear rate(1/s)를 0.1에서 100으로 속도를 올렸다가 다시 100에서 0.1로 속도를 낮출 때 실시예 1 내지 5보다 비교예 1이 점도 차이가 큰 것을 확인할 수 있다. 이는 실버 페이스트 조성물 안에 포함되어 있는 실버 파우더의 분산이 잘 되지 않은 것을 나타내며, 점도의 변화가 적게 나타나는 실시예 1 내지 5는 분산제로 나노 실버 파우더와 마이크로 실버 파우더를 각각 선표면 처리를 하여 그 효과가 나타난 것으로 추측할 수 있다. 또한 표 4에서 본 발명의 실시예 1 내지 5와 비교예 1을 비교했을 때 50 s-1에서 점도(Viscosity)의 값은 비슷 하지만 초기 전단속도에서의 점도값이 비교예 1보다 실시예 1 내지 5가 낮게 나타 나므로 초기 유동성이 좋고 디스펜서 인쇄 시에도 비교적 작은 Stress(Pa)로 인쇄가 가능하여 정교함이 우수한 것을 알 수 있다.
한편, 도 5의 G는 강성률(rigidity)이고, G'는 에너지를 잠시 저장했다가 방출하는 상태이므로 저장 탄성율(storage modulus)이라고 부르고, 일정한 위상에서 어긋나는 위상 비율 G"는 에너지를 즉시 방출하는 성질을 갖는다고 하여 손실 탄성율(loss modulus)이라고 부른다. 실제로 G'는 에너지 보관의 탄성과 관련이 있고, G"는 에너지를 그때 그때 소모해 버리므로 점성과 관련이 있는 계수이다. G"값이 크면 물질이 점성을 많이 가지고 있어 저분자 물질 또는 뉴턴 유동에 가깝다고 볼 수 있고, G'이 크면 분자 간에 엉킴 현상이 심하고 분자들이 스프링처럼 꼬여 있어서 탄성을 많이 가지고 있는 고분자 물질 또는 분자량이 큰 물질이라고 판단할 수 있다. 도 5에서 보는 바와 같이 본 발명의 실시예 1 내지 5와 비교예 1을 비교했을 때 비교예는 실시예 1 내지 5보다 G'과 G" 값이 너무 높아 디스펜서 인쇄 시 많은 Stress(Pa)를 주어야 흐름성이 좋아 진다. 또 피인쇄체에 인쇄 한 후 높은 G' 값 때문에 레벨링 불량이 발생 할 수 있으며 실버 파우더와 바인더, 경화제가 뭉쳐 있을 확률이 높아 건조 했을 경우 물성이 나쁘고 도 6과 같이 크랙이 발생할 수 있다. 이에 반해 본 발명의 실시예4에 따른 고방열 LED용 전도성 접착제 무용제형 실버 페이스트의 경후 경화 후 크랙이 발생하지 않음을 확인할 수 있었다.
여기서, 도 6은 종래 LED 용으로 사용 중인 용제형 실버 페이스트 샘플의 열 경화 완료 후 삼백 배율 광학 현미경 표면 확대 사진이며, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 고방열 LED용 전도성 접착제 무용제형 실버 페이스트 샘플의 열 경화 완료 후 삼백 배율 광학 현미경 표면 확대 사진이다.
한편, 도 8은 종래 LED 용으로 사용 중인 용제형 실버 페이스트의 전도성 페이스 샘플의 열 경화 완료 후 만 배율 광학 현미경 횡단면 확대 사진, 도 9는 본 발명의 실시예4에 따른 고방열 LED용 전도성 접착제 무용제형 실버 페이스트 샘플의 열 경화 완료 후 만 배율 광학 현미경 횡단면 확대 사진이다. 도 8 및 도 9에서 확인되는 바와 같이 비교예에 비해 무용제형인 실시예 4가 경화 완료된 실버 페이스트 샘플 단면 내 공극이 적으므로 전도 효율이 우수하고 인쇄 신뢰성 또한 우수함을 확인할 수 있었다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (5)

  1. 분산제가 선표면 코팅 처리된 입자 크기 1 내지 4㎛인 마이크로 실버 파우더가 함유된 제1 실버 졸(sol) 100 중량부,
    상기 제1 실버 졸과 별도로 분산제가 선표면 코팅 처리된 입자 크기 200 내지 600㎚인 나노 실버 파우더가 함유된 제2 실버 졸(sol) 20 내지 30 중량부,
    에폭시 당량이 150 내지 200 인 에폭시 수지(epoxy resin) 5 내지 10 중량부,
    그리고,
    열경화제 0.1 내지 0.3 중량부
    를 포함하여 제조되며,
    상기 분산제는
    유용성 도료용 고분자량 습윤분산제로 유기 용제를 함유하지 않는 산성그룹을 가진 공중합체의 알킬올암모늄 염 용액을 사용하며,
    상기 선표면 코팅 처리는
    마이크로 실버 파우더와 나노 실버 파우더를 각각 상호 분리한 상태로 별도의 상기 분산제에 넣고 교반 시킨 후 원심분리기를 이용하여 각 실버 파우더에 코팅된 분산제를 제외한 나머지 분산제를 제거하는 처리이며, 이를 통해 각 실버 파우더 100 중량부 당 분산제가 2 내지 3 중량부로 각각 코팅된 상기 제1 실버 졸 및 상기 제2 실버 졸이 각각 만들어지는
    고방열 LED용 전도성 접착제 무용제형 실버 페이스트.
  2. 삭제
  3. 제1항에서,
    상기 분산제는
    실버 페이스트 조성물 100 중량부 당으로는 1.9 내지 2.8 중량부로 첨가되어 있는
    고방열 LED용 전도성 접착제 무용제형 실버 페이스트.
  4. 삭제
  5. 제1항에서,
    상기 에폭시 수지는
    비스페놀 A형 에폭시 수지((Diglycidyl Ether of Bisphenol A; DGEBA), 비스페놀 F형 에폭시 수지(Diglycidyl Ether of Bisphenol F; DGEBF), 페놀 노볼락 에폭시 수지(Phenol Novolac Epoxy), 크레졸 노볼락 에폭시 수지(Cresol Novolac Epoxy), 브롬화 에폭시 수지(Brominated Epoxy), 지환족 에폭시 수지(Cycloaliphatic Epoxy), 고무 변성 에폭시 수지(Rubber modified Epoxy), 지방족 폴리글리시딜형 에폭시 수지(Aliphatic polyglycidyl Epoxy), 글리시딜 아민형 에폭시 수지(Glycidylamine Epoxy), 폴리글리콜 에폭시 수지 (Polyglycol Epoxy) 및 카다놀 에폭시 수지(Cardanol-based Epoxy)를 단독 또는 하나 이상 혼합한 것인
    고방열 LED용 전도성 접착제 무용제형 실버 페이스트.
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