KR101820468B1 - 자가 융착형 도전접속 페이스트 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 의한 접착력이 우수한 자가 융착형 도전접속 페이스트 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 도전접속 페이스트를 제조할 수 있다.
Description
본 발명은 다수의 미세 단자부들을 전기 접속하기 위한 도전접속 페이스트에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 회로기판, 반도체 칩, ITO Glass 또는 플라스틱 소재의 기판의 단자부들을 전기 접속하기 위한 자가 융착 및 자가 배향성 도전접속 페이스트에 관한 것이다.
일반적으로 전도성 접착제는 이방성 도전 접착제와 등방성 도전 접착제로 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 페이스트가 필요하다.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로, 별도의 고가 장비를 제거하여 압력 없이 일정한 온도만으로 피착제간의 접착력 향상, 접속저항의 감소 및 압력에 의한 부품의 손상을 제거할 수 있는 이방성 도전접착 페이스트를 제공하는데 목적이 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 접촉 단자부위에만 선택적으로 접속되고 단자부위 외에는 수지 조성물로 구성되어 단자부위를 보호할 수 있어서, 외부 충격에 의한 회로 손상을 방지 할 수 있을 뿐만 아니라 이온 마이그레이션 또는 수지상 성장(dendrite)도 근본적으로 방지할 수 있는 이방성 도전접착 페이스트를 제공하기 위한 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에 따른 자가융착 및 자가 배향성 도전접속 페이스트는 복수개의 전극이 형성되어 있는 회로기판 사이에 개재되어 도통시키는 자가 융착 및 자가 배향성 도전접속 페이스트로써, 상기 도전접속 페이스트는 접착 수지 100 중량부에 대해, 도전성 입자 500 ~ 1,000 중량부, 환원제 100 ~ 200 중량부, 경화제 3 ~ 15 중량부 및 경화촉진제 1 ~ 5 중량부로 포함하는 자가 융착 및 자가 배향성 도전접속 페이스트를 제공한다.
경우에 따라서, 상기 도전접속 페이스트는 상기 도전접속 페이스트 100 중량부에 대해, 점도조절용 첨가제를 0.5 ~ 2.0 중량부로 더 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 도전접속 페이스트는 상기 회로기판 사이에서 100 ~ 200℃ 에서 30 ~ 3,000 cps 의 점도를 갖는 구성일 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 접착 수지의 융점은 50 ~ 160℃이고, 상기 도전성 입자의 융점은 120 ~ 240℃이며, 상기 환원제의 융점은 60 ~ 200℃일 수 있다.
여기서, 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, 비스무트, 구리, 아연, 안티몬, 니켈 및 이들의 합금 중에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 도전성 입자의 입경은 5 ~ 75㎛일 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 환원제는 로진계 환원제, 카르복실릭 에시드기를 포함하는 유기산류, 금속성 환원제 및 아민염 중에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 경화제는 산무수물, 아민, 페놀, 머캅토 및 이소시아네이트 중에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 도전접속 페이스트는 1.0 ~ 5 ㎏f/㎝의 접착력을 포함할 수 있다.
또, 상기 도전접속 페이스트는 0.001 ~ 1 Ω/cm의 접착저항을 갖을 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 도전접속 페이스트는 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 융착 및 자가 배향성 도전접속 페이스트의 제조방법으로써, 상기 도전접속 페이스트는 접착 수지 100 중량부에 대해, 상기 도전접속 페이스트는 접착 수지 100 중량부에 대해, 환원제 100 ~ 200 중량부, 경화제 3 ~ 15 중량부 및 경화촉진제 1 ~ 5 중량부로 혼합하여 도전접속 페이스트 조성물을 제조하는 제 1 단계; 및 상기 조성물에 도전성 입자 500 ~ 1,000 중량부를 혼합하여 도전접속 페이스트 조성물을 제조하는 제 2 단계를 포함하는 자가 융착 및 자가 배향성 도전접속 페이스트의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따르면, 경우에 따라, 상기 도전접속 페이스트는 상기 접착 수지 100 중량부에 대해, 점도조절용 첨가제를 0.5 ~ 2.0 중량부로 더 포함하는 제 3 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 경화제는 혼합 후, 120 ~ 190℃에서 10초 ~ 60분 후에 경화될 수 있다.
또, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 자가 융착 및 자가 배향성 도전접속 페이스트를 사용하여 전기적으로 연결되는 회로기판을 제조하는 방법으로써, 상기 도전접속 페이스트를 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, 상기 제 1 회로부재와 상기 제 2 회로부재에 각각 히팅 툴(heating tool)을 이용하여 120 ~ 260℃에서 가열시켜 10초 내지 60분 동안 상기 도전성 입자를 용융시켜 상기 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 용융된 도전성 입자를 자가 융착 및 자가 배향시키는 제 2 단계 및 상기 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 용융된 도전성 입자를 자가 융착 및 자가 배향시켜 상기 제 1 전극과 제 2 전극을 전기적으로 도통시키는 제 3 단계를 포함하는 도전접속 페이스트를 포함하는 회로기판 제조방법을 제공한다.
본 발명의 자가 융착 및 자가 배향성 도전접속 페이스트에 의하면, 별도의 고가 장비를 제거하여 압력 없이 기설정된 온도 또는 일정한 온도만으로 회로 간 전기적 접속, 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, 접촉 단자부위에만 선택적으로 접속되고 단자부 주위를 수지 조성물로 감싸게 되어 단자부위를 보호할 수 있어서, 회로의 물리적 신뢰성 향상 및 이온 마이그레이션도 근본적으로 방지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 현미경사진이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 자가융착 및 배향된 도전성 입자들의 현미경사진이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 UTM 측정기의 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 자가융착 및 배향된 도전성 입자들의 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 융착 및 자가 배향성 도전접속 페이스트는 소정의 조성비를 포함하는 접착 수지, 도전성 입자, 환원제 및 경화제와 필요한 경우에 점도조절 첨가제를 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 도전접속 페이스트는 접착 수지 100 중량부에 대해, 도전성 입자 500 ~ 1,000 중량부, 환원제 100 ~ 200 중량부, 경화제 3 ~ 15 중량부 및 경화촉진제 1 ~ 5 중량부로 포함할 수 있다. 바람직하게는 상기 도전접속 페이스트는 접착 수지 100 중량부에 대해, 도전성 입자 600 ~ 900 중량부, 환원제 120 ~ 180 중량부, 경화제 5 ~ 10 중량부 및 경화촉진제 1.5 ~ 3.0 중량부를 포함할 수 있고, 더욱 바람직하게는 상기 도전접속 페이스트는 접착 수지 100 중량부에 대해, 도전성 입자 700 ~ 800 중량부, 환원제 140 ~ 160 중량부, 경화제 7 ~ 8 중량부 및 경화촉진제 2.0 ~ 2.5 중량부를 포함할 수 있다. 이때, 접착 수지 100 중량부에 대해 상기 도전성 입자가 500 중량부 이하인 경우에 불균일한 자가 융착이 형성될 수 있고 1,000 중량부 이상이면 자가 융착이 이루어지지 않은 잔류 입자가 남아 있는 문제가 발생할 수 있고, 상기 환원제가 100 중량부 미만일 경우에는 도전입자의 용융성 저하로 인한 자가 융착이 불안정한 문제가 있고, 상기 환원제가 200 중량부 이상일 경우에는 페이스트 형성에 문제가 생길 수 있으며, 상기 경화제가 3 중량부 미만이거나 15 중량부 이상일 경우에는 접착력 및 내화학성 등의 신뢰성의 문제가 있을 수 있으므로, 상기의 범위가 좋다.
또, 경우에 따라, 상기 도전접속 페이스트 100 중량부에 대해, 점도조절용 첨가제를 0.5 ~ 2.0 중량부로 더 포함할 수 있다. 바람직하게는, 점도조절용 첨가제를 0.8 ~ 1.7 중량부일 수 있고, 더욱 바람직하게는, 점도조절용 첨가제를 1.2 ~ 1.5 중량부로 포함할 수 있다. 여기서, 상기 점도조절용 첨가제가 0.5 이상일 경우에는 스크린 인쇄 시에 인쇄성에 문제가 있을 수 있고, 점도조절용 첨가제가 2.0 미만일 경우에는 자가융착에 방해가 되어 도전성에 문제가 있을 수 있으므로 상기의 범위가 바람직하다.
이러한, 점도조절용 첨가제는 본 발명에 따른 도전접속 페이스트의 점도를 조절하기 위해 추가로 포함되는 첨가제로서, 구체적인 예에서, 실리카, 왁스, 점도조절용 폴리머 및 증점제 중에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있고, 바람직하게는 실리카 또는 점도조절용 폴리머일 수 있다.
또, 상기 도전접속 페이스트는 상기 회로기판 사이에서 100 ~ 200℃ 에서 30 ~ 3,000 cps 의 점도를 가진다. 바람직하게는 110 ~ 190℃ 에서 30 ~ 2,000 cps 의 점도를 가질 수 있고, 더욱 바람직하게는 120 ~ 170℃ 에서 30 ~ 1,500 cps 의 점도를 가질 수 있다. 이때, 상기 도전접속 페이스트의 점도가 30 cps이하일 경우에 경화온도에서 수지의 과한 흐름성에 의한 불필요 부위의 오염이 발생되는 문제가 있을 수 있고, 3,000 cps 이상일 경우에는 자가 융착성이 저하될 수 있으므로 바람직하지 않다.
구체적으로, 본 발명에 따른 도전접속 페이스트의 점도는 전술한 접촉 단자부위들 사이만 선택적으로 접속되어 도통되도록 자가 융착 및 배향이 이루어지도록 하기 위한 주요 인자로서, 도 1 및 도 2에서 확인되는 바와 같이, 도전접속 페이스트의 도전성 입자들이 페이스트 상에 혼재되어 있던 상태(도 1(a))에서 자가융착 및 배향이 이루어지면서 접속 단자 부위로만 응집되어 접촉 단자의 전기적 도통이 이루어지는 것(도 1(b))을 확인 할 수 있다. 따라서, 접속 단자부위 이외는 수지 조성물들로 채워져 외부 충격 등으로부터 상기 접속 단자를 보호할 수 있으므로 충격에 의한 회로 손상을 방지할 수 있다.
상기 접착 수지의 융점은 50 ~ 160℃이고, 상기 도전성 입자의 융점은 120 ~ 240℃이며, 상기 환원제의 융점은 60 ~ 200℃일 수 있다. 바람직하게는 상기 접착 수지의 융점은 60 ~ 130℃이고, 상기 도전성 입자의 융점은 120 ~ 180℃ 이며, 상기 환원제는 60 ~ 180℃일 수 있고, 더욱 바람직하게는 상기 접착 수지의 융점은 60 ~ 120℃이고, 상기 도전성 입자의 융점은 120 ~ 160℃이며, 상기 환원제는 60 ~ 160℃ 일 수 있다.
또, 상기 접착 수지는 에폭시 수지 및 아크릴 수지 중 1종 이상을 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 및 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, 비스무트, 인듐, 은, 구리, 아연, 안티몬, 니켈 및 이들의 합금 중에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다. 바람직하게는 주석과 비스무트의 합금 및 주석, 은과 비스무트의 합금일 수 있고, 더욱 바람직하게는 주석, 은 및 비스무트의 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. 경우에 따라, 상대적으로 융점이 낮은 49(%)Sn-51(%)In 합금 입자를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또, 상기 도전성 입자의 입경은 5 ~ 75㎛ 일 수 있다. 바람직하게는 상기 도전성 입자의 입경은 10 ~ 50㎛일 수 있고, 더욱 바람직하게는 20 ~ 45㎛일 수 있다. 여기서, 상기 도전성 입자의 입경이 5㎛ 이하일 경우에는 비표면적의 증가로 산화된 입자 표면의 환원반응이 제대로 일어나지 않는 문제 및 페이스트의 점도가 매우 높아져 페이스트 사용 시 도포 공정이 어려울 수 있고, 75㎛ 이상일 경우에는 도전접속 페이스트 조성물 보관 및 사용 시에 도전입자의 침전이 발생하고 균일한 자가 융착이 어려운 문제가 발생될 수 있다.
상기 환원제는 로진계 환원제, 시트르 산(citric acid), 아디프 산(adipic acid), 세바신 산(sebacic acid)과 같은 카르복실릭 에시드기(carboxylic acid)를 포함하는 유기산류 환원제, 금속성 환원제 및 아민염계 환원제 중에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있고, 바람직하게는 로진계 환원제, 유기산류 환원제, 아민염계 환원제일 수 있고, 더욱 바람직하게는 로진계 환원제 및 유기산류 환원제일 수 있다. 하나의 예에서, 유기산계 환원제일 수 있다.
상기 경화제는 산무수물, 아민, 페놀, 머캅토 또는 이소시아네이트 중에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있고, 바람직하게는 산무수물 및 아민 중 1종 이상을 포함할 수 있다. 하나의 예에서, 아민계 경화제일 수 있다.
상기 점도조절용 첨가제는, 도전접속 페이스트의 점도를 조절하기 위해 사용되는 것으로써, 필요에 따라 첨가될 수 있으며, 예를 들어, 실리카, 왁스, 점도조절용 폴리머 및 증점제 중에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있고, 바람직하게는 실리카 또는 점도조절용 폴리머일 수 있다. 구체적인 예에서, 실리카(R972, Degussa사)일 수 있다.
상기 도전접속 페이스트는 1.0 ~ 5 ㎏f/㎝의 접착력을 갖을 수 있다. 바람직하게는, 1 ~3 ㎏f/㎝일 수 있고, 더욱 바람직하게는, 1.3 ~ 2.5㎏f/㎝일 수 있다. 이때, 280℃ 이상일 경우에는 회로기판의 손상이 발생할 수 있으므로 바람직하지 않다.
또, 상기 도전접속 페이스트는, 하기의 제조 공정으로 제조된 후, 0.001 ~ 1 Ω/cm의 접착저항을 갖을 수 있다.
이러한 도전접속 페이스트는 회로기판, 반도체 칩, ITO Glass 또는 플라스틱 소재의 기판 중에서 선택되는 1종 이상을 접합하는 경우에 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 도전접속 페이스트는 복수개의 전극이 형성되어 있는 회로기판 사이에 개재되어 도통시키는 것으로써, 상기 도전접속 페이스트는 접착 수지 100 중량부에 대해, 환원제 100 ~ 200 중량부, 경화제 3 ~ 15 중량부 및 경화촉진제 1 ~ 5 중량부를 혼합하여 도전접속 페이스트 조성물을 제조하는 제 1 단계; 및 상기 조성물에 도전성 입자 500 ~ 1,000 중량부를 혼합하여 도전접속 페이스트를 제조하는 제 2 단계;를 포함하는 제조방법으로 제조될 수 있다.
여기서, 상기 제 2 단계 이후에 점도조절 첨가제를 혼합하는 제 3 단계;를 추가로 더 포함할 수 있으며, 이러한 점도조절 첨가제는 실리카, 왁스, 점도조절용 폴리머 및 증점제 중에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다.
이러한 상기 도전접속 페이스트 및 이를 포함하는 도전성 페이트스트는, 예를 들어, 페이스트 믹서, 플라네터리믹서, 트리믹서 등 고점도 혼합 장비를 사용하는 방식을 포함할 수 있으나, 이들로 한정되는 것은 아니다.
또, 상기 경화제는 혼합 후, 120 ~ 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, 본 발명은, 상기 도전접속 페이스트는 회로가 인쇄되어 있는 기판을 전기적으로 연결시키는데 사용되는 바, 이러한 도전접속 페이스트를 사용하여 회로기판을 제조하는 방법을 포함할 수 있으며, 예를 들어, 상기 도전접속 페이스트를 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 단계와 상기 제 1 회로부재와 상기 제 2 회로부재에 각각 히팅 툴(heating tool)을 이용하여, 140 ~ 260℃에서 적어도 10초 ~ 60분 동안 가열시켜 상기 도전성 입자를 용융시키는 제 2 단계 및 상기 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 용융된 도전성 입자를 자가 융착 및 자가 배향시켜 상기 제 1 전극과 제 2 전극을 전기적으로 도통시키는 제 3 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.
이때, 상기 히팅 툴의 온도가 120℃ 이하일 경우에는 금속 입자가 미융착되는 문제가 있을 수 있고, 상기 히팅 툴의 온도가 260℃ 이상일 경우에는 열에 의한 부품의 손상이 발생되는 문제가 있을 수 있으므로, 상기의 범위가 좋다.
여기서, 상기 히팅 툴은 상기 도전접속 페이스트에 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 회로기판의 전극들과 일체로 접촉된다. 또한, 상기 접착 수지가 경화되면서 전기적으로 도통됨과 동시에 경화된 상기 접착 수지는 회로와 일체화된 부위를 보호해 주는 효과를 가진다.
이러한 도전접속 페이스트는 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 - 도전접속 페이스트 조성물 및 페이스트 제조>
페이스트 형성을 위한 경화 반응이 수반되는 경화부로 비스페놀A계 에폭시 수지(YD011 및 KSR276, 국도화학) 100 중량부에 대해, 도전 입자 (42Sn0.4Ag57.6Bi(20~38㎛), 덕산하이메탈) 740 중량부, 환원제로서 로진(Arakawa 사) 및 구연산을 총 150 중량부, 경화제를 7.9 중량부 및 경화촉진제(C11Z-A/2E4MZ, 2E4MZ, Shikoku사)를 총 2.1 중량부를 하기의 표 1에 기재된 조성 및 함량으로 중합하여 절연화 처리한 후 혼합하여 도전접속 페이스트 조성물을 제조하였다. 여기서, 하기 표 1에 따른 도전접속 페이스트 조성물은, 하기 도 3의 평가 샘플(회로폭 50 ㎛ 및 회로간격 100㎛)을 기준으로 평가하여 산정하였다.
그 다음, 상기 도전접속 페이스트 조성물을 고점도 교반기(agitator)를 이용하여 교반시켜 도전층 페이스트를 얻었다.
| 종류 | 품명 | 제조사 | 실시예 (중량부) | 비교예(중량부) | ||||||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 1 | 2 | 3 | 4 | 7 | 8 | 9 | |||
| 에폭시 수지 | YD011 | 국도화학 | 50 | 50 | 50 | 50 | 50 | 50 | 50 | 50 | 50 | 50 | ||
| KSR276 | 국도화학 | 50 | 50 | 50 | 50 | 50 | 50 | 50 | 50 | 50 | 50 | 50 | 50 | |
| YDCN-500-7P | 국도화학 | 50 | ||||||||||||
| PKHH | Inchem | 50 | ||||||||||||
| 도전성 입자 (솔더볼) |
42Sn0.4Ag57.6Bi (20~38㎛) |
덕산하이메탈 | 740 | 790 | 530 | 980 | 450 | 1200 | 1400 | 1500 | 740 | 740 | 740 | |
| 49(%)Sn-51(%)In | 740 | |||||||||||||
| 환원제 | 로진 | Arakawa | 150 | 100 | 150 | 100 | 150 | 150 | 100 | 150 | 150 | 50 | 150 | 150 |
| 구연산 | - | |||||||||||||
| 경화제 | 4,4'-Diaminodiphenylsulfone | 7.9 | 5.6 | 7.9 | 5.6 | 7.9 | 11 | 12 | 10 | 7.9 | 7.9 | 7.9 | ||
| 경화촉진제 | C11Z-A | Shikoku | 2.1 | 4.4 | 2.1 | 4.4 | 2.1 | 5 | 2.6 | 3 | 3.2 | 2.1 | 2.1 | 2.1 |
| 2E4MZ | Shikoku | |||||||||||||
<실시예 2~4>
각 조성의 함량을 상기 표 1로 조절한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법 및 조건으로 도전접속 페이스트 조성물과 페이스트를 제조하였다.
<실시예 5>
상기 표 1과 같이 도전성 입자의 종류를 달리한 점을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법 및 조건으로 도전접속 페이스트 조성물과 페이스트를 제조하였다.
[비교예]
< 비교예1~4 및 비교예 7>
각 조성의 함량을 상기 표 1로 조절한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법 및 조건으로 도전접속 페이스트 조성물과 페이스트를 제조하였다.
< 비교예5~6>
열처리 온도를 하기 표 2와 같이 90℃ 및 250℃에서 수행한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 도전접속 페이스트 조성물과 페이스트를 제조하였다.
< 비교예 8~9>
도전접속 페이스트의 조성물의 종류를 표 1과 같이 변경한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 도전접속 페이스트를 제조하였다.
<실험예>
1. 접속저항 측정
상기 실시예 1~4 및 비교예 1~9에서 제조된 도전접속 페이스트의 접속 저항을 측정하기 위하여 하기의 방법을 수행하였다.
접착력 측정에 있어서, 상기 실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 9에서 제조한 도전접속 페이스트를 각각 제 1 회로기판 (단자 100 ㎛, 단자간 거리 50 ㎛, 단자 높이 35 ㎛)에 스탠실(메탈마스크)과 스퀴지를 이용하여 80㎛의 두께로 도포한 후, 이어서 제 2 회로기판(단자 100 ㎛, 단자간 거리 50 ㎛, 단자 높이 35 ㎛)을 단자가 겹치게 가압착 한 후 120 내지 170℃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 1~4 및 비교예 1~9에서 제조된 도전접속 페이스트의 접착력을 테스트하기 위하여 하기의 방법을 수행하였다.
접착력 측정에 있어서, 상기 실시예 1~4 및 비교예 1~9에서 제조된 도전접속 페이스트를 각각 제 1 회로부재 (단자 100 ㎛, 단자간 거리 50 ㎛, 단자 높이 35 ㎛)에 스탠실과 스퀴지를 이용하여 80㎛의 두께로 도포한 후, 이어서 제 2 회로기판(단자 100 ㎛, 단자간 거리 50 ㎛, 단자 높이 35 ㎛)을 단자가 겹치게 가압착 한 후 180℃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 페이스트는, 하기 도 3의 평가 샘플(회로폭 100 ㎛ 및 회로간격 50㎛)(110)을 기준으로 평가하여 산정하였다.
이러한 평가 샘플을 UTM 측정기(100)를 사용하여 20mm/min의 속도 및 180°의 각도에서 페이스트의 박리력(Peel strength) 정도를 측정하였다.
3. 점도 측정
상기 실시예 1~4 및 비교예 1~9에서 제조된 도전접속 페이스트의 점도를 테스트하기 위하여 하기의 방법을 수행하였다.
Brookfield 사의 Brookfield cap2000+H를 이용하여 각 온도에서 토크(Torque) 범위가 50±20%의 범위에서 점도를 측정하였으며, 이 때의 점도를 하기 표 2에 표시하였다.
| 물성 | 실시예 | 비교예 | ||||||||||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | |||
| 90 | 접착력( kgf /cm) | - | - | - | - | - | - | - | - | - | 0.4 | |||||
| 접속저항(Ω/cm) | - | - | - | - | - | - | - | - | - | 1↑ | ||||||
| 절연성 | - | - | - | - | - | - | - | - | - | △ | ||||||
| 자가융착 | - | - | - | - | - | - | - | - | - | Ⅹ | ||||||
| 점도(cps) | - | - | - | - | - | - | - | - | - | 1100 | ||||||
| 120 | 접착력( kgf /cm) | 1.5 | ||||||||||||||
| 접속저항(Ω/cm) | 1↓ | |||||||||||||||
| 절연성 | ◎ | |||||||||||||||
| 자가융착 | ◎ | |||||||||||||||
| 점도(cps) | 750 | |||||||||||||||
| 140 | 접착력( kgf /cm) | 1.5 | 1.8 | 1.4 | 2.0 | 1.5 | 0.5 | 1.0 | 1.0 | 1.0 | - | - | 1.5 | 1.4 | 0.9 | |
| 접속저항(Ω/cm) | 1↓ | 1↓ | 1↓ | 1↓ | 1↓ | 1↑ | 1↓ | 1↓ | 1↓ | - | - | 1↓ | 1↓ | 1↓ | ||
| 절연성 | ◎ | ◎ | ◎ | ◎ | ◎ | ○ | Ⅹ | Ⅹ | Ⅹ | - | - | ◎ | ◎ | ◎ | ||
| 자가융착 | ◎ | ◎ | ◎ | ◎ | ◎ | Ⅹ | △ | △ | △ | - | - | △ | ○ | Ⅹ | ||
| 점도(cps) | 700 | 850 | 720 | 700 | 700 | 800 | 830 | 860 | 850 | - | - | 800 | 1600 | 4300 | ||
| 150 | 접착력( kgf /cm) | 1.5 | 1.8 | 1.4 | 2.0 | 1.5 | 0.5 | 1.0 | 1.0 | 1.0 | - | - | 1.5 | 1.4 | 0.9 | |
| 접속저항(Ω/cm) | 1↓ | 1↓ | 1↓ | 1↓ | 1↓ | 1↑ | 1↓ | 1↓ | 1↓ | - | - | 1↓ | 1↓ | 1↓ | ||
| 절연성 | ◎ | ◎ | ◎ | ◎ | ◎ | ○ | Ⅹ | Ⅹ | Ⅹ | - | - | ◎ | ◎ | ◎ | ||
| 자가융착 | ◎ | ◎ | ◎ | ◎ | ◎ | Ⅹ | △ | △ | △ | - | - | △ | ○ | Ⅹ | ||
| 점도(cps) | 300 | 400 | 350 | 400 | 300 | 400 | 410 | 410 | 380 | - | - | 430 | 1000 | 3800 | ||
|
열처리 온도
(℃) |
160 | 접착력( kgf /cm) | 1.5 | 1.8 | 1.4 | 2.0 | 1.5 | 0.5 | 1.0 | 1.0 | 1.0 | - | - | 1.5 | 1.4 | 0.9 |
| 접속저항(Ω/cm) | 1↓ | 1↓ | 1↓ | 1↓ | 1↓ | 1↑ | 1↓ | 1↓ | 1↓ | - | - | 1↓ | 1↓ | 1↓ | ||
| 절연성 | ◎ | ◎ | ◎ | ◎ | ◎ | ○ | Ⅹ | Ⅹ | Ⅹ | - | - | ◎ | ◎ | ◎ | ||
| 자가융착 | ◎ | ◎ | ◎ | ◎ | ◎ | Ⅹ | △ | △ | △ | - | - | △ | ○ | Ⅹ | ||
| 점도(cps) | 50 | 100 | 60 | 90 | 50 | 100 | 90 | 100 | 80 | - | - | 100 | 400 | 3400 | ||
| 170 | 접착력( kgf /cm) | 1.5 | 1.8 | 1.4 | 2.0 | 1.5 | 0.5 | 1.0 | 1.0 | 1.0 | - | - | 1.5 | 1.4 | 0.9 | |
| 접속저항(Ω) | 1↓ | 1↓ | 1↓ | 1↓ | 1↓ | 1↑ | 1↓ | 1↓ | 1↓ | - | - | 1↓ | 1↓ | 1↓ | ||
| 절연성 | ◎ | ◎ | ◎ | ◎ | ◎ | ○ | Ⅹ | Ⅹ | Ⅹ | - | - | ◎ | ◎ | ◎ | ||
| 자가융착 | ◎ | ◎ | ◎ | ◎ | ◎ | Ⅹ | △ | △ | △ | - | - | △ | ○ | Ⅹ | ||
| 점도(cps) | 30 | 50 | 30 | 60 | 30 | 60 | 50 | 50 | 60 | - | - | 50 | 120 | 3000 | ||
| 250 | 접착력( kgf /cm) | - | - | - | - | - | - | - | - | - | 0.4 | |||||
| 접속저항(Ω) | - | - | - | - | - | - | - | - | - | 1↑ | ||||||
| 절연성 | - | - | - | - | - | - | - | - | - | Ⅹ | ||||||
| 자가융착 | - | - | - | - | - | - | - | - | - | Ⅹ | ||||||
| 점도(cps) | - | - | - | - | - | - | - | - | - | 1100 | ||||||
| ◎ : 매우 우수함 ○ : 우수함 △ : 보통 Ⅹ : 나쁨 |
||||||||||||||||
상기 표 1 에 나타난 바와 같이, 실시예 1 내지 실시예 5의 조성비에 따른 페이스트는 비교예 1 내지 비교예 9의 조성비에 따른 페이스트에 비교하여 동일한 온도 조건에서 접착력, 접속저항, 절연성 및 자가융착에서 보다 우수함을 알 수 있었다. 또, 실시예 1 내지 실시예 2와 동일한 점도조건을 갖더라도 실시예 1 내지 실시예 2의 온도 범위를 벗어나는 온도조건에서의 비교예 5 및 비교예 6의 경우, 보다 낮은 접착력과 높은 접속저항을 나타냈다. 특히, 온도조건이 상대적으로 매우 낮은 비교예 5의 경우에 도전성 입자를 용융시키기에 충분하지 않아서 자가융착이 이루어지지 않았으며, 온도조건이 상대적으로 매우 큰 비교예 6의 경우에 자가융착은 가능하였으나, 부품의 열손상이 발생하였다.
또, 실시예 3의 경우에 실시예 1, 2 및 실시예 4에 대비하여 도전성 입자가 적게 포함될 경우에 자가융착이 다소 떨어지는 현상을 나타냈다. 이는 도전성 입자들이 상대적으로 적은 경우에 이들이 열에 의해 녹으면서 상하 회로간의 연결 부위를 완전하게 채우지 못한 것에 기인한 것으로 예상된다. 또한, 실시예 5의 경우에 융점이 상대적으로 낮은 도전입자를 사용할 경우 120℃ 수준의 낮은 온도에서도 융착이 가능할 수 있음을 확인할 수 있다.
한편, 비교예 3 내지 비교예 4의 경우에 자가 융착은 가능했으나, 과량의 도전성 입자로 인하여 절연부위까지 상기 도전성 입자들이 채워져 절연성에 문제가 있었고, 비교예 1의 경우와 같이 도전성 입자들이 매우 적은 경우에 이들이 열에 의해 녹으면서 상하 회로간의 연결 부위를 모두 채우지 못하여 도전성이 발현되지 않았으나 절연성은 양호한 것을 확인할 수 있었다.
또, 환원제가 적게 첨가된 비교예 7의 경우에 실시예 1과 동일한 조성물과 조성비를 갖더라도 금속입자에 대한 환원력 부족으로 자가융착이 상대적으로 떨어지는 것을 확인할 수 있다. 또한, 실시예 1과 동일한 동일한 온도 및 조성비 조건이라도 에폭시 수지의 종류가 노볼락인 비교예 8의 경우에 자가융착이 다소 감소하였으나, 페녹시를 사용한 비교예 9는 접착력 및 자가융착이 크게 감소하는 것을 확인할 수 있다.
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: 페이스트 평가샘플
110: 페이스트 평가샘플
Claims (17)
- 복수개의 전극이 형성되어 있는 회로기판 사이에 개재되어 도통시키는 자가 융착 및 자가 배향성 도전접속 페이스트로써,
상기 도전접속 페이스트는 비스페놀A 에폭시 수지 100 중량부에 대해, 주석, 은 및 비스무트의 합금 입자 530 ~ 980 중량부, 환원제 100 ~ 200 중량부, 경화제 5 ~ 10 중량부 및 경화촉진제 1 ~ 5 중량부로 포함하고,
상기 비스페놀A 에폭시 수지의 융점은 60 ~ 120℃이고, 상기 주석, 은 및 비스무트의 합금 입자의 융점은 120 ~ 160℃, 입경은 10 ~ 45㎛이며, 상기 환원제의 융점은 60 ~ 160℃이고,
120 ~ 170℃에서 30 ~ 850 cps의 점도를 갖는 것을 특징으로 하는 자가 융착형 도전접속 페이스트.
- 제 1 항에 있어서, 상기 도전접속 페이스트는 상기 도전접속 페이스트 100 중량부에 대해, 점도조절용 첨가제를 0.5 ~ 2.0 중량부로 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자가 융착형 도전접속 페이스트.
- 제 2 항에 있어서, 상기 점도조절용 첨가제는 실리카, 왁스, 점도조절용 폴리머 및 증점제 중에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 자가 융착형 도전접속 페이스트.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제 1 항에 있어서, 상기 환원제는 로진계 환원제, 카르복실릭 에시드기를 포함하는 유기산류, 금속성 환원제 및 아민염 중에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 자가 융착형 도전접속 페이스트.
- 제 1 항에 있어서, 상기 경화제는 산무수물, 아민, 페놀, 머캅토 또는 이소시아네이트 중에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 자가 융착형 도전접속 페이스트.
- 삭제
- 삭제
- 제 1 내지 제 3 항 및 제 10 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 따른 상기 자가 융착형 도전접속 페이스트는 회로기판, 반도체 칩, ITO Glass 또는 플라스틱 소재의 기판 중에서 선택되는 1종 이상을 접합하는 것을 특징으로 하는 자가 융착형 도전접속 페이스트.
- 복수개의 전극이 형성되어 있는 회로기판 사이에 개재되어 도통시키는 자가 융착형 도전접속 페이스트의 제조방법으로써,
상기 도전접속 페이스트는 비스페놀A 에폭시 수지 100 중량부에 대해, 환원제 100 ~ 200 중량부, 경화제 5 ~ 10 중량부 및 경화촉진제 1 ~ 5 중량부를 혼합하여 도전접속 페이스트 조성물을 제조하는 제 1 단계; 및
상기 조성물에 상기 제1단계의 비스페놀A 에폭시 수지 100 중량부에 대해, 주석, 은 및 비스무트의 합금 입자 530 ~ 980 중량부를 혼합하여 도전접속 페이스트를 제조하는 제 2 단계; 를 포함하고,
상기 비스페놀A 에폭시 수지의 융점은 60 ~ 120℃이고, 상기 주석, 은 및 비스무트의 합금 입자의 융점은 120 ~ 160℃, 입경은 10 ~ 45㎛이며, 상기 환원제의 융점은 60 ~ 160℃이고,
제조된 도전접속 페이스트는 120 ~ 170℃에서 30 ~ 850 cps의 점도를 갖는 것을 특징으로 하는 자가 융착형 도전접속 페이스트 제조방법.
- 제 15 항에 있어서, 상기 제 2 단계 이후에 점도조절 첨가제를 혼합하는 제 3 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자가 융착형 도전접속 페이스트 제조방법.
- 제 1 항 내지 제 3 항 및 제 10 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 따른 상기 도전접속 페이스트를 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;
상기 제 1 회로부재와 상기 제 2 회로부재에 각각 히팅 툴(heating tool)을 이용하여, 120 ~ 260℃에서 10초 ~ 60분 동안 가열시켜 주석, 은 및 비스무트의 합금 입자를 용융시키는 제 2 단계; 및
상기 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 용융된 주석, 은 및 비스무트의 합금 입자를 자가 융착 및 자가 배향시켜 상기 제 1 전극과 제 2 전극을 전기적으로 도통시키는 제 3 단계;
를 포함하는 자가 융착형 도전접속 페이스트를 포함하는 회로기판 제조방법.
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|---|---|---|---|
| KR1020160155239A KR101820468B1 (ko) | 2016-11-21 | 2016-11-21 | 자가 융착형 도전접속 페이스트 |
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| KR1020160155239A KR101820468B1 (ko) | 2016-11-21 | 2016-11-21 | 자가 융착형 도전접속 페이스트 |
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| KR1020160155239A KR101820468B1 (ko) | 2016-11-21 | 2016-11-21 | 자가 융착형 도전접속 페이스트 |
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- 2016-11-21 KR KR1020160155239A patent/KR101820468B1/ko active IP Right Grant
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