KR101820465B1 - 자가 융착형 도전 접속필름 - Google Patents

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박제기
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Abstract

본 발명에 의한 접착력이 우수한 자가 융착형 도전 접속필름 에 의하면 별도의 고가 장비를 제거하여 압력 없이 일정한 온도만으로 피착제간의 접착력 향상, 접속저항의 감소 및 부품들 간의 압력손상을 제거할 수 있고, 접촉 단자부위에만 선택적으로 접속되고 단자부위 외에는 수지 조성물로 구성되어 단자부위를 보호할 수 있어서, 이온 마이그레이션 현상도 근본적으로 방지할 수 있는 접착력이 우수한 자가 융착형 도전 접속필름을 제조할 수 있다.

Description

자가 융착형 도전 접속필름 {Self-assembled conductive bonding film}
본 발명은 다수의 미세 단자부들을 전기 접속하기 위한 도전 접속필름에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 회로기판, 반도체 칩, ITO Glass 또는 플라스틱 소재의 기판의 단자부들을 전기 접속하기 위한 자가 융착형 도전 접속필름에 관한 것이다.
일반적으로 전도성 필름은 이방성 도전 필름과 등방성 도전 필름으로 구분할 수 있으며, 특히 이방성 도전 접속제는 반도체와 같은 전자부품, 예를 들어 LCD, PDP, EL 등의 평판표시소자의 실장에 사용된다. 이방성 도전 접속제는 도전성분과 열에 의해 경화되는 접착 성분을 포함하고 있으며, 주로 LCD 패널과 TCP 또는 PCB와 TCP 등의 전기적인 접속에 사용되고 있다.
이러한 이방성 도전필름(이하, ACF ; anisotropic conductive adhesive films)은 배선기구 중의 하나로서 유용하며, 접속부재로서의 역할을 하고 있다. ACF는 열가소성 및 열경화성 수지부와, 이 수지부내에 충분한 양으로 분산된 금속, 흑연 또는 그와 유사한 도전물질의 입자로서 구성된다. ACF를 접속하고자 하는 두 부분 사이에 위치시킨 후 가열 및 가압하여 ACF로 하여금 이 두 부분을 서로 접착시키도록 한다. 이 경우 도전입자는 서로 접촉하여, 압력이 가해지는 방향으로 도전부를 형성하고 이와 동시에 수지부는 경화하여 상기 두 부분을 접착시킨다. 상기 압력이 가해지는 방향의 수직방향으로는 도전입자가 서로 산만하게 위치되어 전기적 절연을 유지한다.
이와 관련하여, 도전 입자를 포함하는 층의 유동성을 조절하기 위한 선행기술로, 대한민국 공개특허 제10-2012-0122943호에서는 막 형성 수지 및 라디칼 중합성 수지의 중량을 조절함을 통해, 대한민국 공개특허 제10-2011-0063586호에서는 층의 두께를 달리함을 통해, 조성물의 플로우를 감소시키는 기술이 개시되어 있다.
그러나, 이러한 종래의 이방도전성 필름은 도전성 입자와 열에 의해 경화되는 접착성분을 포함하고 있으며, 주로 LCD 패널과 TCP 또는 PCB와 TCP등의 전기적인 접속에 사용되고 있다. 해당 필름은 수지 조성물 내부에 포함된 도전 필러가 상하 단자에 접속되어 물리적 접촉에 의한 회로간 도전을 추구하는 방식이나 이는 특정 접점만으로 물리적으로 접촉되므로 상대적으로 낮은 도전성으로 인한 불안정하고 높은 접속저항, 낮은 접합강도 및 이온 마이그레이션 등의 단점을 가지고 있다. 또한 해당기술에 사용되는 도전 필러는 요구되는 피치 이하에서 균일한 크기의 폴리머 탄성볼에 별도의 귀금속 도금처리 및 절연처리가 필요하므로 품질관리가 곤란하며 비용이 비싸다는 단점이 있다.
더욱이, 이러한 종래에는 접촉 방식은 접촉을 위해 별도의 고가의 설비가 필요하며, 온도와 시간 외에 필수로 압력이 가해지게 되는 바 피착되는 회로기판 또는 전자부품 등에 손상을 발생시킬 우려가 있다.
따라서, 별도의 고가장비 없이도, 일정한 온도만으로 단자에 선택적으로 금속결합을 통한 접속을 유도함으로써, 피착제간의 접착력 향상, 접속저항의 감소 및 부품들 간의 압력손상을 제거할 수 있는 이방성 도전접착 필름이 필요하다.
특허공개공보 2012-0122943호 (공개일: 2012.11.07) 특허공개공보 2011-0063586호 (공개일: 2011.06.10)
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로, 별도의 고가 장비를 제거하여 압력 없이 일정한 온도만으로 피착제간의 접착력 향상, 접속저항의 감소 및 부품들 간의 압력손상을 제거할 수 있는 이방성 도전접착 필름을 제공하는데 목적이 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 접촉 단자부위에만 선택적으로 접속되고 단자부위 외에는 수지 조성물로 구성되어 단자부위를 보호할 수 있어서, 이온 마이그레이션 또는 수지상 성장(dendrite)도 근본적으로 방지할 수 있는 이방성 도전접착 필름을 제공하기 위한 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에 따른 자가 융착형 도전 접속필름은 복수개의 전극이 형성되어 있는 회로기판 사이에 개재되어 도통시키는 자가 융착형 도전 접속필름으로써, 상기 도전 접속필름은 열가소성 바인더 수지 100 중량부에 대하여 접착 수지 50 ~ 150 중량부, 도전성 입자 300 ~ 2000 중량부, 환원제 80 ~ 350 및 경화제 1 ~ 15 중량부로 포함하는 자가 융착형 도전 접속필름을 제공한다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 도전 접속필름은 상기 회로기판 사이에서 140 ~ 260℃ 에서 100 ~ 1 Pa.s의 점도를 갖는 구성일 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 접착 수지의 융점은 50 ~ 160℃이고, 상기 도전성 입자의 융점은 130 ~ 240℃이며, 상기 환원제의 융점은 60 ~ 200℃일 수 있다.
여기서, 상기 열가소성 바인더 수지는 우레탄 수지, 폴리에스터계 수지, 폴리아마이드계 수지, 폴리비닐알콜계 수지, 니트릴계 수지 또는 폴리 아크릴계 수지 중에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다.
또, 상기 접착 수지는 에폭시 수지 및 아크릴 수지 중 적어도 하나일 수 있고, 구체적으로, 상기 에폭시 수지는 비스페놀A 에폭시 수지, 비스페놀F 에폭시 수지, 크레졸 노볼락, 페놀 노볼락, 나프탈렌계 에폭시 수지, 디시클로펜타디엔(DCPD)형 에폭시 수지 중에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 도전성 입자는 주석, 인듐, 은 또는 주석, 인듐, 은, 비스무트, 또는 구리, 아연, 안티몬, 니켈 및 이들의 합금 중에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 도전성 입자의 입경은 5 ~ 60㎛일 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 금속성 환원제, 아민염 중에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 경화제는 산무수물, 아민, 페놀, 머캅토 또는 이소시아네이트 중에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 도전 접속필름은 1.0 ~ 5 ㎏f/㎝의 접착력을 포함할 수 있다.
또, 상기 도전 접속필름은 0.001 ~ 1 Ω/cm의 접착저항을 갖을 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 도전 접속필름은 회로기판, 반도체 칩, ITO Glass 또는 플라스틱 소재의 기판 중에서 선택되는 1종 이상을 접합하는 구성에 사용될 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 복수개의 전극이 형성되어 있는 회로기판 사이에 개재되어 도통시키는 자가 융착형 도전 접속필름의 제조방법으로써, 상기 도전 접속필름은 열가소성 바인더 수지 100 중량부에 대하여 접착 수지 50 ~ 150 중량부, 도전성 입자 300 ~ 2000 중량부, 환원제 80 ~ 350 및 경화제 1 ~ 15 중량부로 혼합하여 도전 접속필름 조성물을 제조하는 제 1 단계; 상기 도전 접속필름 조성물을 습식 코팅을 방식을 이용하여 일정한 두께로 이형필름 상에 도포시키는 제 2 단계; 및 상기 이형필름 상에 도포된 도전 접속필름 조성물을 냉각 또는 건조시켜 상기 필름을 제조하는 제 3 단계;를 포함하는 자가 융착형 도전 접속필름의 제조방법을 제공한다.
여기서, 상기 제 3 단계는 상기 도전성 입자의 융점 이하의 온도에서 수행될 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 경화제는 혼합 후, 130 ~ 190℃에서 10초 ~ 60분 후에 경화될 수 있다.
또, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 자가 융착형 도전 접속필름을 사용하여 전기적으로 연결되는 회로기판을 제조하는 방법으로써, 상기 도전 접속필름을 사이에 두고 복수의 제 1 전극이 형성된 제 1 회로부재와 상기 제 1 전극에 대향하여 제 2 전극이 형성된 제 2 회로부재를 배치시키는 제 1 단계; 및 상기 제 1 회로부재와 상기 제 2 회로부재에 각각 히팅 툴(heating tool)을 이용하여 140 ~ 260℃에서 가열시켜 10초 내지 60분 동안 상기 도전성 입자를 용융시켜 상기 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 용융된 도전성 입자를 자가 융착시키는 제 2 단계;를 포함하는 도전 접속필름을 포함하는 회로기판 제조방법을 제공한다.
본 발명의 자가 융착형 도전 접속필름에 의하면, 별도의 고가 장비를 제거하여 압력 없이 기설정된 온도 또는 일정한 온도만으로 피착제간의 접착력 향상, 접속저항의 감소 및 부품들 간의 압력손상을 제거할 수 있는 효과가 있다.
또한, 접촉 단자부위에만 선택적으로 접속되고 단자부위 외에는 수지 조성물로 구성되어 단자부위를 보호할 수 있어서, 이온 마이그레이션도 근본적으로 방지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 현미경사진이다;
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 현미경사진이다;
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 UTM 측정기의 모식도이다.
이하, 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 부가한다.
상술한 바와 같이, 종래에는 전극 간에 물리적 접촉에 의한 회로간 도전을 추구하는 방식이나 이는 특정 접점만으로 물리적으로 접촉되므로 상대적으로 낮은 도전성으로 인한 불안정하고 높은 접속저항, 낮은 접합강도 및 이온 마이그레이션 등의 문제점이 있었다.
이에 본 발명에서는 복수개의 전극이 형성되어 있는 회로기판 사이에 개재되어 도통시키는 자가 융착형 도전 접속필름은 소정의 조성비를 포함하는 열가소성 바인더 수지, 접착 수지, 도전성 입자, 환원제 및 경화제를 포함하도록 구성하여 제공함으로써 상술한 문제의 해결을 모색하였다.
이를 통해 상대적으로 낮은 도전성으로 인한 불안정하고 높은 접속저항 및 압력에 의한 손상을 근본적으로 제거할 수 있도록 실현하여 전술한 문제점을 해결할 수 있다.
여기서, 상기 도전 접속필름은 상기 도전 접속필름은 열가소성 바인더 수지 100 중량부에 대하여 접착 수지 50 ~ 150 중량부, 도전성 입자 300 ~ 2000 중량부, 환원제 80 ~ 350 및 경화제 1 ~ 15 중량부로 포함할 수 있다. 바람직하게는 상기 도전 접속필름은 열가소성 바인더 수지 100 중량부에 대해, 접착 수지 70 ~ 130 중량부, 도전성 입자 350 ~ 1750 중량비, 환원제 80 ~320 중량부 및 경화제를 2 ~ 13 중량부를 포함할 수 있고, 더욱 바람직하게는 상기 도전 접속필름은 열가소성 바인더 수지 100 중량부에 대해, 접착 수지 80 ~ 120 중량부, 도전성 입자 350 ~ 1550 중량부, 환원제 90 ~ 300 중량부 및 경화제 3 ~ 12 중량부를 포함할 수 있다. 이때, 상기 접착 수지가 50 중량부 미만이거나 150 중량부 이상일 경우에는 접착력 및 자가융착에 문제가 생길 수 있으며, 상기 도전성 입자가 300 중량부 이하인 경우에 불균일한 자가 융착이 형성될 수 있고 2000 중량부 이상이면 자가 융착이 이루어지지 않은 잔류 입자가 남아 있는 문제가 발생할 수 있고, 상기 환원제가 80 중량부 미만일 경우에는 도전입자의 용융성 저하로 인한 자가 융착이 불안정한 문제가 있고, 상기 환원제가 350 중량부 이상일 경우에는 필름 형성에 문제가 생길 수 있으며, 상기 경화제가 1 중량부 미만이거나 15 중량부 이상일 경우에는 접착력 및 내화학성 등의 신뢰성의 문제가 있을 수 있으므로, 상기의 범위가 좋다.
또, 본 발명에 따르면, 경우에 따라서, 경화촉진제를 1:0.1~1 중량비로 포함할 수 있으며, 상기 경화촉진제는 예를 들어, C11Z-A (Shikoku사)일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
구체적으로, 상기 도전 접속필름은 상기 회로기판 사이에서 140 ~ 260℃ 에서 100 ~ 1 Pa.s 의 점도를 포함하고 있다. 바람직하게는 140 ~ 260℃ 에서 80 ~ 1 Pa.s 의 점도를 포함할 수 있고, 더욱 바람직하게는 140 ~ 260℃ 에서 50 ~ 1 Pa.s 의 점도를 포함 일 수 있다. 이 때, 상기 도전 접속필름의 점도가 1 Pa.s 이하일 경우에 경화온도에서 수지의 과한 흐름성에 의한 불필요 부위의 요염이 발생되는 문제가 있을 수 있고, 100 Pa.s 이상일 경우에는 자가 융착성이 저하될 수 있으므로 바람직하지 않다.
상기 접착 수지의 융점은 50 ~ 160℃이고, 상기 도전성 입자의 융점은 130 ~ 240℃이며, 상기 환원제의 융점은 60 ~ 200℃일 수 있다. 바람직하게는 상기 접착 수지의 융점은 60 ~ 130℃이고, 상기 도전성 입자의 융점은 130 ~ 180℃ 이며, 상기 환원제는 60 ~ 180℃일 수 있고, 더욱 바람직하게는 상기 접착 수지의 융점은 60 ~ 120℃이고, 상기 도전성 입자의 융점은 130 ~ 160℃이며, 상기 환원제는 60 ~ 160℃ 일 수 있다.
상기 열가소성 바인더 수지는 우레탄 수지, 폴리에스터계 수지, 폴리아마이드계 수지, 폴리비닐알콜계 수지, 니트릴계 수지 또는 폴리아크릴계 수지 중에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다. 바람직하게는 폴리에스터계 수지 또는 폴리아마이드계 수지일 수 있다. 하나의 예로서, 상기 열가소성 바인더 수지로 폴리아마이드(T535, TOKA사)를 포함할 수 있다.
또, 상기 접착 수지는 에폭시 수지 및 아크릴 수지 중 적어도 하나를 조성물로 포함할 수 있고, 바람직하게는 에폭시 수지일 수 있다.
구체적으로, 상기 에폭시 수지는 비스페놀A 에폭시 수지, 비스페놀F 에폭시 수지, 크레졸 노볼락 에폭시 수지, 페놀 노볼락 에폭시 수지, 나프탈렌계 에폭시 수지, 디시클로펜타디엔(DCPD)형 에폭시 수지 중에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다. 바람직하게는 비스페놀A 에폭시 수지, 비스페놀F 에폭시 수지 및 크레졸 노볼락 에폭시 수지일 수 있고, 더욱 바람직하게는 비스페놀A 에폭시 수지일 수 있다.
상기 도전성 입자는 주석, 인듐, 은 또는 주석, 인듐, 은, 비스무트 또는 구리, 아연, 안티몬, 니켈 및 이들의 합금 중에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다. 바람직하게는 주석과 비스무트 합금 및 주석, 은 및 비스무트 합금일 수 있고, 더욱 바람직하게는 주석, 은 및 비스무트 합금일 수 있다.
구체적으로, 상기 도전성 입자는 Sn/Ag3.5, Sn/Bi58, Sn/Bi57/Ag1, Sn/Bi35/Ag1, Sn/Bi58/Ag1, Sn/Bi57.6/Ag0.4, Sn/Zn8/Bi3, Sn/Zn9, Sn/Sb5, Sn/Cu0.7, Sn/Ag3/Cu0.5, Sn/Ag3.9/Cu0.6, Sn/Ag3.5/Cu0.7, Sn/Ag3.5/Cu0.75, Sn/Ag2.5/Bi1/Cu0.5, Sn/Ag3/Cu0.5, Sn/Ag3.5/Bi0.5/In3.0, 또는 Sn/Ag3.0~3.5/Bi2.5/In3.0에서 선택된 하나 이상이 사용될 수 있다.
또, 상기 도전성 입자의 입경은 5 ~ 60㎛ 일 수 있다. 바람직하게는 상기 도전성 입자의 입경은 10 ~ 50㎛일 수 있고, 더욱 바람직하게는 20 ~ 40㎛일 수 있다. 여기서, 상기 도전성 입자의 입경이 0.1㎛ 이하일 경우에는 비표면적의 증가로 산화된 입자 표면의 환원반응이 제대로 일어나지 않는 문제가 있을 수 있고, 100㎛ 이상일 경우에는 도전 접속 필름 조성물 제조시에 도전입자의 침전이 발생하고 균일한 자가 융착이 어려운 문제가 발생될 수 있다.
상기 환원제는 로진계, 카르복실릭 에시드(carboxylic acid), 카크록실릭 에시드기를 포함하는 화합물, 유기산류, 금속성 환원제, 아민염, 구연산 중에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다. 바람직하게는 로진계, 유기산류, 구연산 및 아민염일 수 있고, 더욱 바람직하게는 로진계 및 유기산류일 수 있다. 하나의 예에서, 로진계 일 수 있다.
상기 경화제는 산무수물, 아민, 페놀, 머캅토 또는 이소시아네이트 중에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다. 바람직하게는 산무수물 및 아민일 수 있고, 더욱 바람직하게는 아민일 수 있다.
상기 도전 접속필름은 1.0 ~ 5 ㎏f/㎝의 접착력을 갖을 수 있다. 이때, 상기 열처리 온도가 140℃ 이하일 경우에 도전입자의 용융이 이루어지지 않고 280℃ 이상일 경우에는 회로기판의 손상이 발생할 수 있으므로 상기의 온도 범위가 좋다.
또, 상기 도전 접속필름은, 하기의 제조 공정으로 제조된 후, 0.001 ~ 1 Ω/cm의 접착저항을 갖을 수 있다.
이러한 도전 접속필름은 회로기판, 반도체 칩, ITO Glass 또는 플라스틱 소재의 기판 중에서 선택되는 1종 이상을 접합하는 경우에 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 도전 접속필름은 복수개의 전극이 형성되어 있는 회로기판 사이에 개재되어 도통시키는 것으로써, 상기 도전 접속필름은 열가소성 바인더 수지 100 중량부에 대하여, 접착 수지 100 ~ 200 중량부, 도전성 입자 300 ~ 900 중량부, 환원제 80 ~ 200 및 경화제 1 ~ 10 중량부를 혼합하여 도전 접속필름 조성물을 제조하는 제 1 단계; 상기 도전 접속필름 조성물을 습식 코팅을 방식을 이용하여 일정한 두께로 이형필름 상에 도포시키는 제 2 단계; 및 상기 이형필름 상에 도포된 도전 접속필름 조성물을 냉각 또는 건조시켜 상기 필름을 제조하는 제 3 단계;를 포함하는 제조방법으로 제조될 수 있다.
경우에 따라서, 상기 도전 접속필름을 30℃ ~ 90℃의 온도에서 숙성과정(예를 들어, B-stage 과정)을 거치는 제 4단계를 추가로 포함할 수 있다.
또, 상기 제 3 단계에서 상기 도전 접속필름은, 예를 들어, 다이코터 인쇄, 그라비어 인쇄 또는 콤마코터 인쇄 방식을 사용하여 상기 이형필름 상에 코팅시키는 방식을 포함할 수 있으나, 이들로 한정되는 것은 아니다.
상기 제 3 단계는 상기 도전성 입자의 융점 이하의 온도에서 수행되는 구성일 수 있다. 이 경우, 상기 도전성 입자의 용융없이 상기 도전 접속필름을 냉각 또는 건조시킬 수 있다.
또, 상기 경화제는 혼합 후, 130 ~ 190℃에서 10초 ~ 60분 후에 경화될 수 있다. 바람직하게는 140 ~ 180℃에서 10초 ~ 45분 후에 경화될 수 있으며, 더욱 바람직하게는 140 ~ 170℃에서 10초 ~ 30분 후에 경화될 수 있다.
또한, 상기 도전 접속필름은 회로가 인쇄되어 있는 기판을 전기적으로 연결시키는데 사용되는 바, 이러한 도전 접속필름을 사용하여 회로기판을 제조하는 방법을 포함할 수 있으며, 예를 들어, 상기 도전 접속필름을 사이에 두고 복수의 제 1 전극이 형성된 제 1 회로부재와 상기 제 1 전극에 대향하여 제 2 전극이 형성된 제 2 회로부재를 배치시키는 제 1 단계; 및 상기 제 1 회로부재와 상기 제 2 회로부재에 각각 히팅 툴(heating tool)을 접촉시킨 후, 140 ~ 260℃에서 적어도 10초 ~ 60분 동안 가열시켜 상기 도전성 입자를 용융시켜 상기 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 용융된 도전성 입자를 자가 융착시키는 제 2 단계를 포함하는 회로기판 제조방법을 포함할 수 있다. 이 때, 바람직하게 상기 히팅 툴은 140 ~ 230℃에서 적어도 30초 ~ 50분 동안 가열시킬 수 있고, 더욱 바람직하게는 상기 히팅 툴은 140 ~ 210℃에서 적어도 1분 ~ 30분 동안 가열시킬 수 있다.
여기서, 상기 히팅 툴은 상기 도전 접속필름에 열을 가하여 상기 도전성 입자들을 용융시킬 수 있는 수단이라면 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어, 가열 오븐 또는 리플로우 건조단 등을 포함할 수 있다.
상기 회로기판 제조방법에 의해 제조된 회로기판의 전극들은, 하기 도 1 및 도 2를 나타난 바와 같이, 접착 수지 내에서 도전성 입자가 혼재되어 있는 상태에서 일정 이상의 온도가 가해지면서 상기 도전성 입자 자체가 용융되어 상기 상기 회로기판의 전극들과 일체로 접촉된다. 또한, 상기 접착 수지가 경화되면서 전기적으로 도통됨과 동시에 경화된 상기 접착 수지는 회로와 일체화된 부위를 보호해 주는 효과를 가진다.
이러한 도전 접속필름은 이러한 회로기판 이외에도, 전술한 바와 같이, 반도체 칩, ITO Glass 또는 플라스틱 소재의 기판에도 적용될 수 있음은 물론이다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예(example)를 제시한다. 다만, 하기의 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 본 발명이 하기의 실험예에 의해 한정되는 것은 아니다.
[ 실시예 ]
< 실시예1 - 도전 접속필름 조성물 및 필름 제조>
필름 형성을 위한 매트릭스 역할의 바인더 수지로 15 중량%의 폴리에스터 수지(SNT, Nichigo사), 경화 반응이 수반되는 경화부로 비스페놀A계 에폭시 수지(YD011, 국도화학)를 총 15 중량%, 도전 입자 (42Sn0.4Ag57.6Bi(20~38㎛), 덕산하이메탈) 55 중량%, 환원제로서 로진(Arakawa 사) 을 14 중량% 및 경화제(4,4'-Diaminodiphenylsulfone, Shikoku사)와 경화촉진제(C11Z-A, Shikoku사)를 각각 0.5 중량%를 하기의 표 1에 기재된 조성 및 함량으로 중합하여 절연화 처리한 후 혼합하여 도전 접속필름 조성물을 제조하였다. 여기서, 하기 표 1에 따른 도전 접속필름 조성물은, 하기 도 3의 평가 샘플(회로폭 50 ㎛ 및 회로간격 100㎛)을 기준으로 평가하여 산정하였다.
그 다음, 상기 도전 접속필름 조성물을 백색 이형필름 위에 도포한 후 110 건조기에서 5 분간 용제를 휘발시켜 도전층이 50 ㎛ 두께로 건조된 도전층 필름을 얻었다.
종류 품명 제조사 실시예 ( 중량% ) 비교예 ( 중량% )
1 2 1 2 3 4
폴리에스터 SNT Nichigo 15 5 1 25 　 　
수지 UE9800 UNITIKA 　 　 　 　 15 5
에폭시 수지 YD011 국도화학 15 5 1 25 15 5
도전성 입자 42Sn0.4Ag57.6Bi 덕산하이메탈 55 75 95 35 55 75
(솔더볼) (20~38㎛)
환원제 로진 Arakawa 14 14 2.5 14 14 14
경화제 4,4'-Diaminodiphenylsulfone 0.5 0.5 0.25 0.5 0.5 0.5
경화촉진제 C11Z-A Shikoku 0.5 0.5 0.25 0.5 0.5 0.5
계 　 　 　 　 　 　 　 　
< 실시예 2>
각 조성의 함량을 상기 표 1로 조절한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법 및 조건으로 도전 접속필름 조성물과 필름을 제조하였다.
[ 비교예 ]
< 비교예1 ~2>
각 조성의 함량을 상기 표 1로 조절한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법 및 조건으로 도전 접속필름 조성물과 필름을 제조하였다.
< 비교예3 ~4>
도전 접속필름의 점도 및 함량을 하기 표 2로 조절한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 도전 접속필름 조성물과 필름을 제조하였다.
< 비교예5 >
열처리 온도를 130℃에서 수행한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 도전 접속필름 조성물과 필름을 제조하였다.
< 실험예 >
1. 접속저항 측정
상기 실시예 1~3 및 비교예 1~2에서 제조된 도전 접속필름의 접속 저항을 측정하기 위하여 하기의 방법을 수행하였다.
접착력 측정에 있어서, 상기 실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 3에서 제조한 도전 접속필름을 각각 제 1 회로기판 (단자 100 ㎛, 단자간 거리 100 ㎛, 단자 높이 35 ㎛)에 60℃의 온도로 가압착 후 이형필름을 제거하고, 이어서 제 2 회로기판(단자 100 ㎛, 단자간 거리 100 ㎛, 단자 높이 35 ㎛)을 60℃의 온도로 가압착한 후 160℃의 건조오븐에 10분간 경화 및 자가융착 진행 후, 측정기(Keithley 사 2000 Multimeter)를 이용하여 4-probe 방식으로 시험 전류 1 mA를 인가하여 초기 접속 저항을 측정하여 그 평균값을 계산하였다. 상기 측정 결과는 하기 표 2에 나타내었다.
2. 접착력 측정
상기 실시예 1~2 및 비교예 1~5에서 제조된 도전 접속필름의 접착력을 테스트하기 위하여 하기의 방법을 수행하였다.
접착력 측정에 있어서, 상기 실시예 1~2 및 비교예 1~5에서 제조된 도전 접속필름을 각각 제 1 회로부재 (단자 100 ㎛, 단자간 거리 100 ㎛, 단자 높이 35 ㎛)에 60℃의 온도로 가압착 후 이형필름을 제거하고, 이어서 제 2 회로부재(단자 100 ㎛, 단자간 거리 100 ㎛, 단자 높이 35 ㎛)를 60℃의 온도로 가압착한 후 160℃의 건조오븐에 10분간 경화 및 자가융착 진행 후, 복수개의 시편을 준비하여. 도 3에 따른 UTM 측정기(Universal Testing Machine, Hounsfield 사, H5KT 모델)(100)를 이용하여 10 N Load Cell을 장착한 후, 그립(grip)을 설치하여 측정 준비를 마무리하고 샘플을 그립(grip)에 물린 후에 인장시험(tensile test speed) 20 mm/min 속도 조건에서 측정하였다.
여기서, 하기 표 2에 따른 도전 필름 조성물은, 하기 도 3의 평가 샘플(회로폭 50 ㎛ 및 회로간격 100㎛)(110)을 기준으로 평가하여 산정하였다.
이러한 평가 샘플을 UTM 측정기(100)를 사용하여 20mm/min의 속도 및 180°의 각도에서 필름의 박리력(Peel strength) 정도를 측정하였다.
3. 점도 측정
상기 실시예 1~2 및 비교예 1~5에서 제조된 도전 접속필름의 점도를 테스트하기 위하여 하기의 방법을 수행하였다.
ARES사의 동적유변측정기(Anton Paar MCR 301)을 이용하여 각 온도에서 점도(Complex Viscosity)를 측정하였으며, Angular Frequency 100Hz 일 때의 점도를 하기 표2에 표시 하였다.
물성 실시예 비교예
1 2 1 2 3 4 5
열처리 온도
(건조오븐) 		160℃ 접착력( kgf /cm) 1.5 1.8 1.8 0.4 1.8 0.4 0.4
접속저항(Ω/cm) 1↓ 1↓ 1↓ 1↑ 1↑ 1↑ 1↑
절연성 ◎ ◎ Ⅹ ○ Ⅹ Ⅹ Ⅹ
자가융착 ◎ ◎ △ Ⅹ Ⅹ Ⅹ Ⅹ
점도(Pa.s) 15 10 8 18 136 162 121　
열처리 온도
(리플로우단) 		260℃
(건조단 중
최고온도) 		접착력( kgf /cm) 1.8 2.5 2.3 0.5 2.3 0.5
절연성 ◎ ◎ Ⅹ ◎ Ⅹ Ⅹ
접속저항(Ω) 1↓ 1↓ 1↓ 1↑ 1↓ 1↑
자가융착 ◎ ◎ Ⅹ Ⅹ Ⅹ Ⅹ
점도(Pa.s) 5 3 2 7 68 75

◎ : 매우 우수함
○ : 우수함
△ : 보통
Ⅹ : 나쁨
상기 표 1 에 나타난 바와 같이, 실시예 1 내지 실시예 2의 조성비에 따른 필름의 비교예 1 내지 비교예 4의 조성비에 따른 필름에 비교하여 동일한 온도 조건에서 접착력 및 접속저항에서 보다 우수함을 알 수 있었다. 또, 동일한 온도 및 조성비 조건이라도 점도가 15 및 10 Pa.s 인 실시예 1 내지 실시예 2의 경우가 비교예 3 및 비교예 4보다 보다 자가융착이 우수하여 높은 접착력과 낮은 접속저항을 나타냈으며, 실시예 1 내지 실시예 2와 동일한 점도조건을 갖더라도 실시예 1 내지 실시예 2의 온도 범위를 벗어나는 온도조건에서의 비교예 5의 경우, 보다 낮은 접착력과 높은 접속저항을 나타냈다.
특히, 비교예 1의 경우에 자가 융착은 가능했으나, 과량의 도전성 입자로 인하여 절연부위까지 상기 도전성 입자들이 채워져 절연성에 문제가 있었고, 비교예 2의 경우와 같이 상기 도전성 입자가 적은 경우에 용융시에 금속간 응집력 부족으로 자가융착은 약하게 이루어지나 절연성은 양호한 것을 확인할 수 있었다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시예 및 실험예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예 및 실험예에 의해 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상 및 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형 및 변경이 가능하다.
100: UTM 측정기
110: 필름 평가샘플

Claims (16)

  1. 복수개의 전극이 형성되어 있는 회로기판 사이에 개재되어 도통시키는 자가 융착형 도전 접속필름으로써,
    상기 도전 접속필름은 열가소성 바인더 수지 100 중량부에 대하여 접착 수지 80 ~ 120 중량부, 도전성 입자 350 ~ 1550 중량부, 환원제 90 ~ 300 중량부 및 경화제 3 ~ 12 중량부로 포함하고,
    상기 접착 수지의 융점은 60 ~ 120℃이고, 상기 도전성 입자의 융점은 130 ~ 160℃ 이며, 상기 환원제 융점은 60 ~ 160℃이고,
    160 ~ 260℃에서 1 ~ 50 Pa.s의 점도를 갖는 것을 특징으로 하는 자가 융착형 도전 접속필름.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 열가소성 바인더 수지는 우레탄 수지, 폴리에스터계 수지, 폴리아마이드계 수지, 폴리비닐알콜계 수지, 니트릴계 수지 또는 폴리아크릴계 수지 중에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 자가 융착형 도전 접속필름.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 접착 수지는 에폭시 수지 및 아크릴 수지 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 자가 융착형 도전 접속필름.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 에폭시 수지는 비스페놀A 에폭시 수지, 비스페놀F 에폭시 수지, 크레졸 노볼락 에폭시 수지, 페놀 노볼락 에폭시 수지, 나프탈렌계 에폭시 수지, 디시클로펜타디엔(DCPD)형 에폭시 수지 중에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 자가 융착형 도전 접속필름.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 도전성 입자는 주석, 인듐, 은 또는 주석, 인듐, 은, 비스무트, 또는 구리, 아연, 안티몬, 니켈 및 이들의 합금 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 자가 융착형 도전 접속필름.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 도전성 입자의 입경은 5 ~ 60㎛ 인 것을 특징으로 하는 자가 융착형 도전 접속필름.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 환원제는 로진계 환원제, 유기산류 환원제, 금속성 환원제 및 아민염 환원제 중에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 자가 융착형 도전 접속필름.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 경화제는 산무수물, 아민, 페놀, 머캅토 또는 이소시아네이트 중에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 자가 융착형 도전 접속필름.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 제1항, 제4항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 상기 자가 융착형 도전 접속필름은 회로기판, 반도체 칩, ITO Glass 또는 플라스틱 소재의 기판 중에서 선택되는 1종 이상을 접합하는 것을 특징으로 하는 자가 융착형 도전 접속필름.
  14. 복수개의 전극이 형성되어 있는 회로기판 사이에 개재되어 도통시키는 자가 융착형 도전 접속필름의 제조방법으로써,
    상기 도전 접속필름은 열가소성 바인더 수지 100 중량부에 대하여 접착 수지 80 ~ 120 중량부, 도전성 입자 350 ~ 1550 중량부, 환원제 90 ~ 300 중량부 및 경화제 3 ~ 12 중량부를 혼합하여 도전 접속필름 조성물을 제조하는 제 1 단계;
    상기 도전 접속필름 조성물을 습식 코팅을 방식을 이용하여 일정한 두께로 이형필름 상에 도포시키는 제 2 단계; 및
    상기 이형필름 상에 도포된 도전 접속필름 조성물을 냉각 또는 건조시켜 상기 필름을 제조하는 제 3 단계; 를 포함하고,
    상기 접착 수지의 융점은 60 ~ 120℃이고, 상기 도전성 입자의 융점은 130 ~ 160℃ 이며, 상기 환원제 융점은 60 ~ 160℃이고,
    제조된 상기 필름은 160 ~ 260℃에서 1 ~ 50 Pa.s의 점도를 갖는 것을 특징으로 하는 자가 융착형 도전 접속필름 제조방법.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 제 3 단계는 상기 도전성 입자의 융점 이하의 온도에서 수행되는 것을 특징으로 하는 자가 융착형 도전 접속필름 제조방법.
  16. 제1항, 제5항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 상기 도전 접속필름을 사이에 두고 복수의 제 1 전극이 형성된 제 1 회로부재와 상기 제 1 전극에 대향하여 제 2전극이 형성된 제 2 회로부재를 배치시키는 제 1 단계; 및
    상기 제 1 회로부재와 상기 제 2 회로부재에 각각 히팅 툴(heating tool)을 이용하여, 160 ~ 260℃에서 적어도 10초 ~ 60분 동안 가열시켜 상기 도전성 입자를 용융시켜 상기 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 용융된 도전성 입자를 자가 융착시키는 제 2 단계;
    를 포함하는 자가 융착형 도전 접속필름을 포함하는 회로기판 제조방법.
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KR102355782B1 (ko) * 2020-09-25 2022-02-07 (주)엘프스 접착력이 우수한 led 칩 본딩용 자가융착형 도전접속 조성물, 이를 포함하는 led 칩-회로기판 본딩 모듈 및 이의 제조방법

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