KR101785151B1 - 비구형 형태의 전도성 입자를 이용한 굴곡이 있는 기판의 전기 접속용 이방성 전도 필름 - Google Patents

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Abstract

비구형 형태의 전도성 입자를 이용한 굴곡이 있는 기판의 전기 접속용 이방성 전도 필름이 제시된다. 상부 기판과 하부 기판 사이에 압착되는 이방성 전도 필름에 있어서, 상기 상부 기판과 하부 기판 사이에 배치되는 접착제 층; 및 상기 접착제 층 내에 배열되며, 상기 상부 기판과 하부 기판 중 적어도 하나의 기판에 형성되는 요철의 폭보다 큰 폭을 가진 다수의 비구형 형태의 전도성 입자들을 포함할 수 있다.

Description

비구형 형태의 전도성 입자를 이용한 굴곡이 있는 기판의 전기 접속용 이방성 전도 필름{Anisotropic Conductive Films using Non-Sphere type Conductive Particles for Electrical Connection in Curvy Substrates}
아래의 실시예들은 비구형 형태의 전도성 입자를 이용한 굴곡이 있는 기판의 전기 접속용 이방성 전도 필름에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 이방성 전도 필름에 사용되는 전도성 입자의 형태를 비구형으로 사용하여 평평한 기판뿐 아니라 평평하지 않은 기판간의 전기적 접속이 가능하도록 하는 이방성 전도 필름에 관한 것이다.
최근 전자 제품(electronic device)은 휴대폰과 IT 제품, 유비쿼터스 컴퓨팅을 이용한 다기능화, 집적화의 시대로 바뀌어 가고 있으며 점점 새로운 기기로 진화해 가고 있는 추세이다. 대표적인 예로 웨어러블 기기(Wearable device)를 들 수 있는데, 초기에는 스마트 워치, 스마트 밴드, 스마트 안경으로 시작을 했지만, 현재에는 점점 평평하지 않고 굴곡이 있는 몸이나 옷, 신발 등에 부착할 수 있는 제품들 또는 휘어지거나 접히는 제품들이 윤곽을 드러내고 있다.
이에 따라, 반도체 패키징 기술 또한 종래의 2차원적(평면적) 실장 기술의 한계를 극복하기 위한 3차원적 실장 기술 개발이 활발하고 진행되고 있으며, 최근에는 반도체칩을 다층으로 적층하는 기술을 사용하여 신호 처리의 고속화, 시스템의 소형화, 저 전력화 등을 얻고자 하고 있다. 이러한 실장 기술에서 많이 사용되고 있는 전기적 접속 재료가 이방성 전도 필름(ACF) 이다.
이방성 전도 필름(Anisotropic Conductive Film; ACF)은 내부에 구형의 형태의 금속 볼(metal ball) 또는 금속 표면(metal skin)이 존재하는 폴리머 볼(polymer ball)을 전도성 입자가 분산된 고분자 필름 형태의 접합재료로서, 열과 압력에 의해 전도성 입자가 전극 사이에 끼인 후 필름이 경화되는 형태로 기계적, 전기적 접합을 이룬다.
하지만, 이러한 종래의 이방성 전도 필름은 평평한 기판에 사용할 경우 문제가 없지만 건물, 가구, 옷감(fabric) 등과 같이 표면이 평평하지 않고 굴곡이 있거나 구멍 또는 홈이 있는 기판(substrate)을 사용하게 되는 경우, 전도성 입자가 고르지 못한 홈이나 빈 공간에 갇히게 되어 기판 (전극) 사이에 전기적인 접합을 이루지 못해 고저항 접속 또는 비접속 문제를 일으키게 된다.
한국공개특허 10-2012-0028583호는 이러한 나노파이버를 이용한 전도성 폴리머 접착제에 관한 것으로, 나노파이버에 도전 볼(전도성 입자(들))을 넣어 도전 볼의 유동을 억제하는 나노파이버층을 함유한 나노파이버 이방성 전도 필름(ACF) 장치에 관한 기술을 기재하고 있다.
실시예들은 비구형 형태의 전도성 입자를 이용한 굴곡이 있는 기판의 전기 접속용 이방성 전도 필름에 관하여 기술하며, 보다 구체적으로 이방성 전도 필름에 사용되는 전도성 입자의 형태를 비구형 형태로 사용하여 평평한 기판뿐 아니라 평평하지 않은 기판간의 전기적 접속이 가능하도록 하는 이방성 전도 필름에 관한 기술을 제공한다.
실시예들은 이방성 전도필름에 사용되는 비구형 형태의 전도성 입자를다양하게 사용하여 배열함으로써, 평평한 기판뿐 아니라 평평하지 않은 기판과 연성 기판간의 전기적 접속이 가능한 변형된 형태의 전도성 입자를 이용한 굴곡이 있는 기판의 전기 접속용 이방성 전도 필름을 제공하는데 있다.
일 실시예에 따른 상부 기판과 하부 기판 사이에 압착되는 이방성 전도 필름에 있어서, 상기 상부 기판과 하부 기판 사이에 배치되는 접착제 층; 및 상기 접착제 층 내에 배열되며, 상기 상부 기판과 하부 기판 중 적어도 하나의 기판에 형성되는 요철의 폭보다 큰 폭을 가진 다수의 비구형 형태의 전도성 입자들을 포함한다.
여기서, 상기 다수의 전도성 입자들은 상기 상부 기판에 형성된 전극과 상기 하부 기판에 형성된 전극에 압착되어 전기적인 접속을 형성할 수 있다.
상기 다수의 비구형 형태의 전도성 입자들은, 서로 소정 간격 이격되어 형성될 수 있다.
상기 다수의 비구형 형태의 전도성 입자들은 가로 직경의 길이가 긴 타원 또는 막대기 등의 형상으로 이루어지고, 상기 가로 직경의 길이는 상기 상부 기판과 하부 기판 중 적어도 하나의 기판에 형성되는 상기 요철의 폭보다 길게 형성될 수 있다.
상기 다수의 비구형 형태의 전도성 입자들은, 원기둥 또는 막대기 형상으로 이루어지고, 상기 원기둥 또는 막대기 형상의 높이는 상기 상부 기판과 하부 기판 중 적어도 하나의 기판에 형성되는 상기 요철의 폭보다 길게 형성될 수 있다.
상기 다수의 비구형 형태의 전도성 입자들은, 타원 또는 막대기막대기 형상으로 이루어지고, 상기 막대기타원 또는 막대기의 높이는 상기 상부 기판과 하부 기판 중 적어도 하나의 기판에 형성되는 상기 요철의 폭보다 길이가 길게 형성될 수 있다.
상기 다수의 비구형 형태의 전도성 입자들이 수직 방향으로 배열되어, 상기 원기둥의 윗면과 아랫면 또는 상기 막대기의 윗면과 아랫면이 각각 상기 상부 기판과 상기 하부 기판을 향하도록 배치될 수 있다.
상기 다수의 비구형 형태의 전도성 입자들이 수평 방향으로 배열되어, 상기 원기둥의 높이 또는 상기 막대기의 높이가 상기 요철의 폭 방향으로 배열될 수 있다.
상기 하부 기판은, 표면이 금속 처리가 된 직물로 이루어져 상기 요철이 형성된 표면이 평평하지 않은 기판이고, 상기 접착제 층은 상기 하부 기판과 압착되어 상기 다수의 비구형 형태의 전도성 입자들에 의해 상기 상부 기판과 전기적인 접속을 형성할 수 있다.
다른 실시예에 따른 이방성 전도 필름을 포함하는 구조체에 있어서, 연성 인쇄 회로 기판(Flexible Printed Circuit Board)으로 이루어진 상부 기판; 요철이 형성되어 표면이 평평하지 않은 하부 기판; 및 상기 상부 기판과 상기 하부 기판 사이에 압착되는 이방성 전도 필름을 포함하고, 상기 이방성 전도 필름은, 상기 상부 기판과 하부 기판 사이에 배치되는 접착제 층; 및 상기 접착제 층 내에 배열되며, 상기 하부 기판에 형성되는 상기 요철의 폭보다 큰 폭을 가진 다수의 비구형 형태의 전도성 입자들을 포함한다.
상기 다수의 비구형 형태의 전도성 입자들은, 서로 소정 간격 이격되어 형성될 수 있다.
상기 다수의 비구형 형태의 전도성 입자들은, 가로 직경의 길이가 긴 타원 또는 막대기 형상으로 이루어지고, 상기 가로 직경의 길이는 상기 상부 기판과 하부 기판 중 적어도 하나의 기판에 형성되는 상기 요철의 폭보다 길게 형성될 수 있다.
상기 다수의 비구형 형태의 전도성 입자들은, 상기 요철의 폭보다 적어도 일면의 길이가 길게 형성되는 타원 형상, 원기둥 형상, 막대기 형상 중 적어도 하나일 수 있다.
실시예들에 따르면 이방성 전도필름에 사용되는 비구형 형태의 전도성 입자의 형태를 다양하게 바꾸며 배열함으로써, 평평한 기판뿐 아니라 평평하지 않은 기판과 연성 기판간의 전기적 접속이 가능한 변형된 형태의 전도성 입자를 이용한 굴곡이 있는 기판의 전기 접속용 이방성 전도 필름을 제공할 수 있다.
또한, 실시예들에 따르면 동일한 전도성 입자의 함량에서 종래의 이방성 전도 필름에 비해 높은 전기적인 효율을 가질 수 있기 때문에 비용 절감이 가능하다.
도 1은 일반적인 이방성 전도 필름을 이용한 접합 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 종래의 이방성 전도 필름을 평평하지 않은 기판에 사용한 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 종래의 이방성 전도 필름을 홀이 존재하는 직물에 사용한 예를 나타내는 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따른 타원 형태의 비구형 형태의 전도성 입자가 형성된 이방성 전도 필름을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 5는 기존 전도성 입자와 변형 이후의 타원 형태의 전도성 입자를 비교하기 위한 도면이다.
도 6은 다른 실시예에 따른 원기둥 형상의 전도성 입자가 형성된 이방성 전도 필름을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 7은 또 다른 실시예에 따른 막대기 형상의 전도성 입자가 형성된 이방성 전도 필름을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 8은 또 다른 실시예에 따른 수직 방향으로 정렬된 전도성 입자가 형성된 이방성 전도 필름을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 9는 또 다른 실시예에 따른 평평하지 않은 기판에 사용 가능한 이방성 전도 필름의 적용 예를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 설명한다. 그러나, 기술되는 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명되는 실시예들에 의하여 한정되는 것은 아니다. 또한, 여러 실시예들은 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
도 1은 일반적인 이방성 전도 필름을 이용한 접합 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 이방성 전도 필름(10)을 이용한 접합 방식의 경우, 평평하고 단단한 인쇄 회로 기판(Printed Circuit Board; PCB)(30) 위에 연성 기판(Flexible Substrate; FPCB)(20)을 배치하되, 인쇄 회로 기판(30)과 연성 기판(20) 사이에 전도성 입자(11)가 함유된 이방성 전도 필름(10)을 120°C~ 250°C의 열과 압력을 가해 위, 아래 수십 μm 두께의 Cu 전극 사이에 전도성 입자들(11)이 끼이게 하여 전기적인 접속을 이루도록 할 수 있다.
이 때 사용되는 전도성 입자(11)는 구형의 전도성 금속 볼(metal ball) 또는 구형의 금속 표면(metal skin)이 존재하는 폴리머 볼(polymer ball)을 보편적으로 많이 사용할 수 있다. 예를 들어 폴리머 볼의 경우, 수 μm에서 35 μm 크기까지 존재하며, 겉 표면의 금속 표면(니켈 또는 금) 두께는 약 50~200 nm 두께까지 가능하다.
그리고 이방성 전도 필름(10)에 사용되는 고분자 필름의 경우, 일례로 아크릴(Acrylic) 계열 또는 에폭시(Epoxy) 계열을 보편적으로 사용할 수 있다. 이 때 이방성 전도 필름(10)의 두께는 보통 위, 아래 전극 높이의 합으로 결정될 수 있다. 이러한 접합 방식의 경우 한쪽의 기판 또는 양쪽의 기판이 굴곡이 없이 평평하기 때문에 전기적인 접속에 문제가 발생하지 않을 수 있다.
이러한 이방성 전도 필름(10)을 평평한 기판에 사용할 경우 문제가 없지만 건물, 가구, 옷감(fabric) 등과 같이 표면이 평평하지 않고 굴곡이 있거나 구멍 또는 홈이 있는 기판(substrate)을 사용하게 되는 경우, 기판의 고르지 못한 홈이나 빈 공간에 전도성 입자(11)가 갇히게 되어 기판 (전극) 사이에 전기적인 접합을 이루지 못해 고저항 접속 또는 비접속 문제를 일으키게 된다.
도 2는 종래의 이방성 전도 필름을 평평하지 않은 기판에 사용한 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 2a는 종래의 이방성 전도 필름을 평평하지 않은 기판(에 사용하는 경우의 열과 압력에 의해 압착 전의 형태를 나타내며, 도 2b는 열과 압력에 의해 압착된 후의 형태를 나타낸다. 도시된 바와 같이, 종래의 이방성 전도 필름(10)을 평평하지 않은 기판(30)에 사용하는 경우 전도성 입자(11)들이 기판(30)의 골(310과 골(31) 사이의 홈에 끼이는 문제점이 발생할 수 있다.
종래의 이방성 전도 필름(10)의 경우 구형의 전도성 금속 볼(metal ball) 또는 금속 표면(metal skin)이 존재하는 폴리머 볼(polymer ball)을 고분자 레진(resin) 필름에 분산시켜 사용할 수 있다.
여기서 기판(30)의 표면이 평평하지 않고 홈이나 빈 공간이 패턴이 없이 분포하게 되는 경우, 직물(fabric)과 직물 사이에 형성된 홈에 전도성 입자(11)가 빠짐으로써 전기적인 접속 문제를 야기시킬 수 있다.
도 3은 종래의 이방성 전도 필름을 홀이 존재하는 직물에 사용한 예를 나타내는 도면이다.
도 3a을 참조하면, 종래의 이방성 전도 필름을 홀이 존재하는 직물에 사용한 예를 나타내며, 도 3b를 참조하면 도 3a의 A부분 확대도를 나타낼 수 있다. 도시된 바와 같이 이방성 전도 필름을 홀(hole)이 존재하는 금속 직물에 사용했을 경우, 전도성 입자들이 틈 사이로 빠져 나오는 문제점이 발생할 수 있다.
예컨대, 전도성 입자의 크기는 약 20 μm 크기가 사용될 수 있으며, 전도성 입자의 구성은 안쪽에 폴리머와 겉 표면에 약 50 nm 두께의 니켈, 금 처리가 되어 있을 수 있다. 예를 들어, 직물의 경우 내부는 폴리머로 구성이 되어있고 겉 표면은 금속 처리가 되어있을 수 있다. 그리고 직물 묶음과 직물 묶음 사이의 간격은 약 60 μm 이상이고, 직물 가닥과 가닥 사이는 간격은 수 μm에서 크게는 30 μm까지 존재할 수 있다. 하지만 실제로 사용되는 옷감, 가죽 등의 굴곡이 있는 표면의 굴곡 사이즈는 형태에 따라 수 μm에서 수백 μm까지 범위의 폭이 크다.
종래의 구형 전도성 입자의 경우 약 35 μm 이상의 볼 크기를 가진 전도성 입자가 사용되지 않아 굴곡의 크기가 50 μm 이상만 되더라도 전기적 접속 문제가 발생할 수 있다. 또한 이방성 전도 필름의 두께 또한 전도성 입자의 크기에 맞게 늘려서 사용해야 하기 때문에 적합하지 않을 뿐만 아니라 비용 또한 증가할 수 있다.
이러한 접속 문제를 해결하고 안정한 접속을 위해서는 다양한 형태의 기판 (표면)에 사용 가능한 기판에 맞는 다양한 비구형 형태(타원형, 원통형, 막대형 등)의 전도성 입자를 함유한 이방성 전도 필름(ACF)이 요구된다.
도 4는 일 실시예에 따른 타원 형태의 전도성 입자가 형성된 이방성 전도 필름을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4a는 타원 형상의 전도성 입자가 형성된 이방성 전도 필름의 열과 압력에 의해 압착되기 전의 형상을 나타내고, 도 4b는 열과 압력에 의해 압착된 후의 형상을 나타낸다.
도 4를 참조하면, 변형된 형태의 전도성 입자를 이용한 굴곡이 있는 기판의 전기 접속용 이방성 전도 필름(100)은 접착제 층(120) 및 다수의 비구형 형태의 전도성 입자들(110)을 포함하여 이루어질 수 있다.
접착제 층(120)은 상부 기판(200)과 하부 기판(300) 사이에 배치되어 열과 압력에 의해 압착될 수 있다. 접착제 층(120)은 고분자 필름이 사용될 수 있으며, 일례로 아크릴(Acrylic) 계열 또는 에폭시(Epoxy) 계열을 사용할 수 있다. 또한, 접착제 층(120)은 절연 필름(Non-conducting Film; NCF) 폴리머 접착제 층일 수 있으며, 열경화성 수지(Thermosetting Resin)로 이루어져 라미네이션 또는 이중 코팅 방법으로 형성될 수도 있다.
압착 후, 접착제 층(120)의 두께는 상부 기판(200)과 하부 기판(300)의 전극(210, 310) 높이의 합에 따라 결정될 수 있다. 여기서 하부 기판(300)의 전극(310)은 평평하지 않은 원단, 나무, 피부 등에 적용되는 경우, 도시된 바와 같이 요철(310)에 의해 표현될 수도 있다.
다수의 비구형 형태의 전도성 입자들(110)은 접착제 층(120) 내에 배열될 수 있다. 비구형 형태의전도성 입자는 전체가 전도성 금속으로 형성되거나 금속 표면이 형성되는 비구형 형태의 폴리머 입자가 사용될 수 있다.
여기서, 다수의 전도성 입자들(110)은 상부 기판(200)과 하부 기판(300) 중 적어도 하나의 기판에 형성되는 홈과 홀(hole) 등의 요철(310)의 폭보다 큰 폭을 가질 수 있다. 즉, 다수의 비구형 형태의 전도성 입자들(110)은 기판(200, 300)에 형성되는 홈 또는 홀(hole)보다 적어도 일면의 길이가 길게 형성될 수 있다.
예를 들어, 다수의 비구형 형태의 전도성 입자들(110)은 가로 직경의 길이가 긴 타원 형상으로 이루어지고, 가로 직경의 길이는 상부 기판(200)과 하부 기판(300) 중 적어도 하나의 기판에 형성되는 요철(310)의 폭보다 길게 형성될 수 있다. 여기서, 타원 형상의 전도성 입자(110)는 기존 구형의 금속 코팅된 폴리머 전도성 입자에서 압력과 온도를 조절하는 간단한 방법에 의해 형성될 수 있다.
이 때 사용되는 전도성 입자(110)의 형태는 타원 형상에 제한되지 않고, 원기둥 형상, 막대기 형상 등 다양한 형태가 구현될 수 있다. 그리고 필름(B-stage film) 상태에서 전기적인 바이어스(bias)가 인가되어 다수의 비구형 형태의 전도성 입자(110)들을 일정한 방향으로 정렬하여 사용할 수 있다.
이러한 상부 기판(200) 또는 하부 기판(300)의 요철(310)의 폭보다 적어도 일면의 길이가 긴 비구형 형태의 도전입자가 함유된 이방성 전도 필름(100)을 사용함으로써, 건물, 가구, 원단(fabric), 가죽, 피부 등과 같이 표면이 평평하지 않고 굴곡이 있거나 구멍 또는 홈이 있는 기판(substrate)을 사용하게 되는 경우, 기판의 고르지 못한 홈이나 빈 공간에 전도성 입자들(110)이 갇히게 되어 기판 (전극) 사이에 전기적인 접합을 이루지 못하는 문제를 해결할 수 있다.
다수의 비구형 형태의 전도성 입자들(110)은 상부 기판(200)에 형성된 전극(210)과 하부 기판(300)에 형성된 전극(310)에 압착되어 전기적인 접속을 형성할 수 있다.
예컨대, 상부 기판(200)은 연성 인쇄 회로 기판(Flexible Printed Circuit Board)으로 이루어질 수 있고, 접착제 층(120)은 상부 기판(200)과 압착되어 다수의 전도성 입자들(110)에 의해 하부 기판(300)과 전기적인 접속을 형성할 수 있다.
또한 하부 기판(300)은, 예를 들어, 표면이 금속 처리가 된 직물로 이루어져 요철(310)이 형성된 표면이 평평하지 않은 기판을 사용할 수 있고, 접착제 층(120)은 하부 기판(300)과 압착되어 다수의 전도성 입자들(110)에 의해 상부 기판(200)과 전기적인 접속을 형성할 수 있다. 여기서 설명한 상부 기판(200)과 하부 기판(300)은 하나의 예로, 이에 한정되지는 않는다.
다수의 비구형 형태의 전도성 입자들(110)은 기판에 형성되는 요철(310)의 폭보다 적어도 일면이 길게 형성됨으로써 입자의 크기가 증가될 수 있다. 이 때, 다수의 비구형 형태의 전도성 입자들(110)은 서로 소정 간격 이격되어 형성되어 고르게 분산될 수 있다.
이방성 전도 필름(100) 내의 비구형 형태의 전도성 입자들(110)이 상부 기판(200)과 하부 기판(300)의 전극(210, 310) 사이에 뭉치는 현상이 일어나는 경우 서로간의 접촉에 의한 전기적 쇼트가 발생할 수 있다.
이에, 접착제 층(120) 내에 분포되는 다수의 비구형 형태의 전도성 입자들(110)은 전극(210, 310) 사이에서 다수의 전도성 입자들(110)이 서로 닿지 않을 정도의 함량으로 구성되어, 압착 후에도 적절한 간격으로 배치되어 서로 뭉치지 않고 분산되도록 할 수 있다. 그리고 이방성 전도 필름(100)은 필름(B-stage film) 상태에서 전기적인 바이어스(bias)를 인가함으로써 다수의 비구형 형태의 전도성 입자(110)들을 특정한 방향으로 정렬시킬 수 있다.
도 5는 기존 전도성 입자와 변형 이후의 타원 형태의 전도성 입자를 비교하기 위한 도면이다.
도 5에 도시된 바와 같이 타원 형태의 전도성 입자가 가능한지 여부를 실험을 통해 증명해 본 결과, 기존 전도성 입자에서 타원형의 전도성 입자로 변경할 수 있는 것을 확인할 수 있다.
예를 들어, 타원 형태의 전도성 입자는 초기 약 27 μm 직경에서 약 32 μm 직경으로 약 20% 정도 증가하는 것을 확인할 수 있고, 압력과 온도를 조절한다면 그 40 μm 이상까지의 직경 증가도 가능하다.
이와 같이 전도성 입자의 형태를 타원 형태의 입자로 바꾸었을 경우 전도성 입자가 기판에 형성된 굴곡의 홈 또는 홀(hole)에 빠질 확률은 확연히 감소한다.
따라서, 압력과 온도를 조절하는 간단한 방법에 의해 구형의 전도성 입자의 형태를 타원 형상으로 변경함으로써, 평평하지 않은 기판의 사용 시에도 전도성 입자가 요철에 빠지거나 끼여 전기적 접합을 이루지 못하는 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
도 6은 다른 실시예에 따른 원기둥 형상의 전도성 입자가 형성된 이방성 전도 필름을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 6을 참조하면, 원기둥 형상의 전도성 입자를 이용한 굴곡이 있는 기판의 전기 접속용 이방성 전도 필름(100)은 접착제 층(120) 및 다수의 전도성 입자들(110)을 포함하여 이루어질 수 있다.
접착제 층(120)은 상부 기판(200)과 하부 기판(300) 사이에 배치되어 열과 압력에 의해 압착될 수 있다. 일례로, 접착제 층(120)은 고분자 필름이 사용될 수 있다.
다수의 비구형 형태의 전도성 입자들(110)은 접착제 층(120) 내에 특정한 방향으로 배열될 수 있다. 비구형 형태의 전도성 입자(110)는 전체가 전도성 금속으로 형성되거나 금속 표면이 형성되는 폴리머 입자가 사용될 수 있다.
여기서, 다수의 비구형 형태의 전도성 입자들(110)은 상부 기판(200)과 하부 기판(300) 중 적어도 하나의 기판에 형성되는 홈과 홀(hole) 등의 요철(310)의 폭보다 큰 폭을 가질 수 있다.
예를 들어, 다수의 비구형 형태의 전도성 입자들(110)은 원기둥 형상으로 이루어지고, 원기둥의 높이는 상부 기판(200)과 하부 기판(300) 중 적어도 하나의 기판에 형성되는 요철(310)의 폭보다 길게 형성될 수 있다.
원기둥 형상으로 이루어지는 다수의 비구형 형태의 전도성 입자들(110)은, 일 예로, 수직 방향으로 배열되어 원기둥의 윗면과 아랫면이 각각 상부 기판(200)과 하부 기판(300)을 향하도록 배치될 수 있다.
다른 예로, 원기둥 형상으로 이루어지는 다수의 비구형 형태의 전도성 입자들(110)은 수평 방향으로 배열되어 원기둥의 높이 또는 막대기의 높이가 요철(310)의 폭 방향으로 배열될 수 있다.
접착제 층(120) 내에 분포되는 다수의 비구형 형태의 전도성 입자들(110)은 서로 소정 간격 이격되어 형성되어 고르게 분산될 수 있다.
도 7은 또 다른 실시예에 따른 막대기 형상의 전도성 입자가 형성된 이방성 전도 필름을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 7을 참조하면, 막대기 형상의 전도성 입자를 이용한 굴곡이 있는 기판의 전기 접속용 이방성 전도 필름(100)은 접착제 층(120) 및 다수의 전도성 입자들(110)을 포함하여 이루어질 수 있다.
접착제 층(120)은 상부 기판(200)과 하부 기판(300) 사이에 배치되어 열과 압력에 의해 압착될 수 있다. 일례로, 접착제 층(120)은 고분자 필름이 사용될 수 있다.
다수의 비구형 형태의 전도성 입자들(110)은 접착제 층(120) 내에 특정한 방향으로 배열될 수 있다. 전도성 입자(110)는 전체가 전도성 금속으로 형성되거나 금속 표면이 형성되는 폴리머 입자가 사용될 수 있다.
여기서, 다수의 비구형 형태의 전도성 입자들(110)은 상부 기판(200)과 하부 기판(300) 중 적어도 하나의 기판에 형성되는 홈과 홀(hole) 등의 요철(310)의 폭보다 큰 폭을 가질 수 있다.
예를 들어, 다수의 비구형 형태의 전도성 입자들(110)은 막대기 형상으로 이루어지고, 막대기의 높이는 상부 기판(200)과 하부 기판(300) 중 적어도 하나의 기판에 형성되는 요철(310)의 폭보다 길게 형성될 수 있다.
막대기 형상으로 이루어지는 다수의 전도성 입자들(110)은, 일 예로, 수직 방향으로 배열되어 막대기의 윗면과 아랫면이 각각 상부 기판(200)과 하부 기판(300)을 향하도록 배열될 수 있다.
다른 예로, 막대기 형상으로 이루어지는 다수의 비구형 형태의 전도성 입자들(110)은 수평 방향으로 배열되어 막대기의 높이 또는 막대기의 높이가 요철(310)의 폭 방향으로 배열될 수 있다.
접착제 층(120) 내에 분포되는 다수의 비구형 형태의 전도성 입자들(110)은 전극(210, 310) 사이에서 다수의 전도성 입자들(110)이 서로 닿지 않을 정도의 함량으로 구성되어, 압착 후에도 적절한 간격으로 배치되어 서로 뭉치지 않고 분산되도록 할 수 있다.
이와 같이 옷감, 나무, 종이, 가죽, 피부 등과 같은 표면이 고르지 않은 기판과 연성 기판(Flexible substrate)을 접합시킬 경우, 전도성 입자들(110)이 전기적인 접속 문제를 일으키는 것을 방지하기 위해서는 전도성 입자(110)를 타원 형상의 입자나 원기둥 형상, 막대기 형상 등의 입자로 형성함으로써, 기판의 홈 또는 홀(hole)에 빠지지 않도록 할 수 있다.
이 때 사용되는 입자의 형태는 타원 형상, 원기둥 형상, 막대기 형상으로 제한되어 있지 않고, 사용되는 기판의 표면의 거칠기(roughness)를 상쇄시킬 수 있을 정도의 크기로 형성될 수 있다. 이렇게 다양한 형태의 비구형 전도성 입자(110)를 사용하게 됨으로써, 기판에 형성된 요철(310)에 빠지지 않고 전기적인 접속에 참여하게 되어 더 높은 신뢰성을 얻을 수 있게 된다.
도 8은 또 다른 실시예에 따른 수직 방향으로 정렬된 전도성 입자가 형성된 이방성 전도 필름을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 필름(B-stage film) 상태에서 외부 전계 또는 자계를 걸어줌으로써 여러 형태의 비구형 형태의 전도성 입자들(110)을 수직 또는 수평 방향으로 정렬할 수 있다. 이렇게 수직 방향으로의 정렬을 통해서도 굴곡이 있는 표면과 접합을 시켰을 경우, 정렬된 비구형 형태의 전도성 입자들(110)을 통해 안정적이 전기적 접합을 이룰 수 있다.
예를 들어, 원기둥 형상으로 이루어지는 다수의 전도성 입자들(110)이 수직 방향으로 배열되어 원기둥의 윗면과 아랫면이 각각 상부 기판(200)과 하부 기판(300)을 향하도록 배치될 수 있다.
다른 예로, 막대기 형상으로 이루어지는 다수의 전도성 입자들(110)이 수직 방향으로 배열되어 막대기의 윗면과 아랫면이 각각 상부 기판(200)과 하부 기판(300)을 향하도록 배치될 수 있다.
아래에서는 위에서 설명한 이방성 전도 필름을 사용한 구조체를 하나의 예를 들어 구체적으로 설명하기로 한다.
또 다른 실시예에 따른 이방성 전도 필름(100)을 포함하는 구조체는 상부 기판(200), 하부 기판(300), 및 이방성 전도 필름(100)을 포함하여 이루어질 수 있다. 여기서 이방성 전도 필름(100)은 접착제 층(120) 및 다수의 비구형 형태의 전도성 입자들(110)을 포함할 수 있다.
상부 기판(200)은 연성 인쇄 회로 기판(Flexible Printed Circuit Board)으로 이루어질 수 있고, 접착제 층(120)은 상부 기판(200)과 압착되어 다수의 비구형 형태의 전도성 입자들(110)에 의해 하부 기판(300)과 전기적인 접속을 형성할 수 있다.
하부 기판(300)은 요철(310)이 형성되어 표면이 평평하지 않은 기판으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 하부 기판(300)은 표면이 금속 처리가 된 직물로 이루어져 요철(310)이 형성된 표면이 평평하지 않은 기판을 사용할 수 있고, 접착제 층(120)은 하부 기판(300)과 압착되어 다수의 비구형 형태의 전도성 입자들(110)에 의해 상부 기판(200)과 전기적인 접속을 형성할 수 있다. 여기서 설명한 상부 기판(200)과 하부 기판(300)은 하나의 예로, 이에 한정되지는 않는다.
이방성 전도 필름(100)은 상부 기판(200)과 하부 기판(300) 사이에 압착되며, 상부 기판(200)과 하부 기판(300) 사이에 배치되는 접착제 층(120)과, 접착제 층(120) 내에 배열되며, 하부 기판(300)에 형성되는 요철(310)의 폭보다 큰 폭을 가진 다수의 비구형 형태의 전도성 입자들(110)을 포함하여 이루어질 수 있다.
여기서, 다수의 비구형 형태의 전도성 입자들(110)은 가로 직경의 길이가 긴 타원 형상으로 이루어지고, 가로 직경의 길이는 상부 기판(200)과 하부 기판(300) 중 적어도 하나의 기판에 형성되는 요철(310)의 폭보다 길게 형성될 수 있다.
다수의 비구형 형태의 전도성 입자들(110)은 요철(310)의 폭보다 적어도 일면의 길이가 길게 형성될 수 있다.
예를 들어, 다수의 비구형 형태의 전도성 입자들(110)은 가로 직경의 길이가 긴 타원 형상으로 이루어지고, 가로 직경의 길이는 상부 기판(200)과 하부 기판(300) 중 적어도 하나의 기판에 형성되는 요철(310)의 폭보다 길게 형성될 수 있다. 여기서, 타원 형상의 전도성 입자는 기존 전도성 입자에서 압력과 온도를 조절하는 간단한 방법에 의해 형성될 수 있다.
다른 예로, 다수의 비구형 형태의 전도성 입자들(110)은 원기둥 형상으로 이루어지고, 원기둥의 높이는 상부 기판(200)과 하부 기판(300) 중 적어도 하나의 기판에 형성되는 요철(310)의 폭보다 길게 형성될 수 있다.
또 다른 예로, 다수의 비구형 형태의 전도성 입자들(110)은 막대기 형상으로 이루어지고, 막대기의 높이는 상부 기판(200)과 하부 기판(300) 중 적어도 하나의 기판에 형성되는 요철(310)의 폭보다 길게 형성될 수 있다.
다수의 비구형 형태의 전도성 입자들(110)이 수평 방향으로 배열되어, 원기둥의 높이 또는 막대기의 높이가 요철(310)의 폭 방향으로 배열될 수 있다.
또한, 필름(B-stage film) 상태에서 외부 전계 또는 자계를 걸어줌으로써 여러 형태의 전도성 입자들(110)을 수직 방향으로 정렬할 수 있다.
다시 말하면, 다수의 비구형 형태의 전도성 입자들(110)이 수직 방향으로 배열되어, 원기둥의 윗면과 아랫면 또는 막대기의 윗면과 아랫면이 각각 상부 기판(200)과 하부 기판(300)을 향하도록 배치될 수 있다.
접착제 층(120) 내에 분포되는 다수의 비구형 형태의 전도성 입자들(110)은 전극(210, 310) 사이에서 다수의 전도성 입자들(110)이 서로 닿지 않을 정도의 함량으로 구성되어, 압착 후에도 적절한 간격으로 배치되어 서로 뭉치지 않고 분산되도록 할 수 있다.
도 9는 또 다른 실시예에 따른 평평하지 않은 기판에 사용 가능한 이방성 전도 필름의 적용 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 9를 참조하면, 현재의 웨어러블 기기(Wearable device)는 스마트 안경/고글, 손가락 부착형 스캐너, 발착용 운동용품, 손목 부착용 기기, 헤드 밴드 등 다양하게 사용될 수 있다. 이에 따라 스마트 기기, 웨어러블 기기와 같은 전자 제품의 진화에 전기 접속용 재료 개발 기술 또한 꾸준히 성장하고 있다.
위에서 설명한 실시예들에 따른 평평하지 않은 기판에 사용 가능한 이방성 전도 필름을 적용하는 경우, 평평하지 않고 굴곡이 있는 몸이나 옷, 신발 등에 용이하게 부착할 수 있다.
이와 같이, 실시예들은 기존의 없던 새로운 이방성 전도 필름으로서, 차세대 웨어러블(Wearable)/연성(Flexible) 기기의 전기 접속재료로 사용될 수 있다. 그리고, 기존의 이방성 전도필름에 사용되는 구형 형태 전도성 입자의 형태를 다양하게 바꾸며 배열함으로써 기존의 평평한 기판뿐 아니라 평평하지 않은 다양한 형태의 기판과 연성 기판간의 전기적 접속이 가능하고 적용할 수 있는 범위가 넓다.
또한, 실시예들에 따르면 동일한 전도성 입자의 함량에서 종래의 이방성 전도 필름에 비해 높은 전기적인 효율을 가질 수 있기 때문에 비용 절감이 가능하다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
100: 이방성 전도 필름
110: 전도성 입자
120: 접착제 층
200: 상부 기판
210: 상부 기판의 전극
300: 하부 기판
310: 하부 기판의 전극 또는 요철

Claims (13)

  1. 상부 기판과 하부 기판 사이에 압착되는 이방성 전도 필름에 있어서,
    상기 상부 기판과 하부 기판 사이에 배치되는 접착제 층; 및
    상기 접착제 층 내에 배열되며, 상기 상부 기판과 하부 기판 중 적어도 하나의 기판에 형성되는 요철의 폭보다 큰 폭을 가진 다수의 비구형 형태의 전도성 입자들을 포함하고,
    상기 다수의 비구형 형태의 전도성 입자들은,
    서로 닿지 않을 정도의 함량으로 구성되어 압착 후에도 서로 소정 간격 이격되어 형성되며, 구형의 금속 코팅된 폴리머 전도성 입자에서 압력과 온도의 조절에 의해 가로 직경의 길이가 긴 타원 형상으로 이루어지고, 상기 가로 직경의 길이는 상기 상부 기판과 하부 기판 중 적어도 하나의 기판에 형성되는 상기 요철의 폭보다 길게 형성되는 것
    을 특징으로 하는 이방성 전도 필름.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 다수의 비구형 형태의 전도성 입자들은,
    상기 상부 기판에 형성된 전극과 상기 하부 기판에 형성된 전극에 압착되어 전기적인 접속을 형성하는 것
    을 특징으로 하는 이방성 전도 필름.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 상부 기판과 하부 기판 사이에 압착되는 이방성 전도 필름에 있어서,
    상기 상부 기판과 하부 기판 사이에 배치되는 접착제 층; 및
    상기 접착제 층 내에 배열되며, 상기 상부 기판과 하부 기판 중 적어도 하나의 기판에 형성되는 요철의 폭보다 큰 폭을 가진 다수의 비구형 형태의 전도성 입자들을 포함하고,
    상기 다수의 비구형 형태의 전도성 입자들은,
    서로 닿지 않을 정도의 함량으로 구성되어 압착 후에도 서로 소정 간격 이격되어 형성되며, 원기둥 형상 또는 막대기 형상으로 이루어지고, 상기 원기둥 또는 막대기 형상의 높이는 상기 상부 기판과 하부 기판 중 적어도 하나의 기판에 형성되는 상기 요철의 폭보다 길게 형성되며, B-스테이지 필름(B-stage film) 상태에서 외부 전계 또는 자계가 인가됨에 따라 수직 또는 수평 방향으로 정렬되는 것
    을 특징으로 하는 이방성 전도 필름.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제5항에 있어서,
    상기 다수의 비구형 형태의 전도성 입자들이 수평 방향으로 배열되어,
    상기 원기둥 또는 막대기 형상의 높이가 상기 요철의 폭 방향으로 배치되는 것
    을 특징으로 하는 이방성 전도 필름.
  9. 제1항 또는 제5항에 있어서,
    상기 하부 기판은,
    표면이 금속 처리가 된 직물로 이루어져 상기 요철이 형성된 표면이 평평하지 않고,
    상기 접착제 층은 상기 하부 기판과 압착되어 상기 다수의 비구형 형태의 전도성 입자들에 의해 상기 상부 기판과 전기적인 접속을 형성하는 것
    을 특징으로 하는 이방성 전도 필름.
  10. 연성 인쇄 회로 기판(Flexible Printed Circuit Board)으로 이루어진 상부 기판;
    요철이 형성되어 표면이 평평하지 않은 하부 기판; 및
    상기 상부 기판과 상기 하부 기판 사이에 압착되는 이방성 전도 필름
    을 포함하고,
    상기 이방성 전도 필름은,
    상기 상부 기판과 하부 기판 사이에 배치되는 접착제 층; 및
    상기 접착제 층 내에 배열되며, 상기 하부 기판에 형성되는 상기 요철의 폭보다 큰 폭을 가진 다수의 비구형 형태의 전도성 입자들
    을 포함하고,
    상기 다수의 비구형 형태의 전도성 입자들은,
    서로 닿지 않을 정도의 함량으로 구성되어 압착 후에도 서로 소정 간격 이격되어 형성되며, 구형의 금속 코팅된 폴리머 전도성 입자에서 압력과 온도의 조절에 의해 가로 직경의 길이가 긴 타원 형상으로 이루어지고, 상기 가로 직경의 길이는 상기 상부 기판과 하부 기판 중 적어도 하나의 기판에 형성되는 상기 요철의 폭보다 길게 형성되는 것을 특징으로 하는 이방성 전도 필름을 포함하는 구조체.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
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