KR20040111454A - 양이온 중합성 접착제 조성물 및 이방 도전성 접착제조성물 - Google Patents

양이온 중합성 접착제 조성물 및 이방 도전성 접착제조성물 Download PDF

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KR20040111454A
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료따 아끼야마
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쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니
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Abstract

본 발명은 (A) 에폭시 단량체, 비닐 에테르 단량체 또는 이들의 혼합물로부터 선택된 양이온 중합성 단량체; (B) 양이온 중합 촉매; 및 (C) 양이온 중합 촉매의 양용매와 빈용매의 혼합물인 양이온 중합 촉매용 용매를 포함하는 양이온 중합성 접착제 조성물에 관한 것이다.

Description

양이온 중합성 접착제 조성물 및 이방 도전성 접착제 조성물 {Cationic Polymerizable Adhesive Composition and Anisotropically Electroconductive Adhesive Composition}
본 발명은 접착 필름 및 이방 도전성 접착 필름에 관한 것이다.
양이온 중합을 이용한 양이온 중합성 조성물은, 예를 들면 도료, 잉크, 접착제 등의 분야에서 널리 사용되고 있다. 특히 접착제 용도에 있어서, 양이온 중합성 조성물은 경화 속도가 빠르고 산소 장해가 없는 점에서 유리하다. 그러나, 양이온 중합 반응을 개시하기 위해서는 양이온 중합 촉매가 요구되며, 양이온 중합성을 갖는 화합물과 양이온 중합 촉매가 공존하는 조성물에 있어서는, 반응성이 높기 때문에 저장중에 겔화가 일어나거나, 가사시간이 단축된다는 문제가 발생한다.
이러한 문제를 해결하기 위한 수단으로서, 현재까지 양이온 중합 촉매를 사용 직전에 양이온 중합성을 갖는 화합물이 사용되었다. 이 경우, 조성물이 이액형이고 사용하기 직전에 성분들을 혼합해야만 하기 때문에 조작이 복잡했다. 또한, 저온에서의 저장 및 수송이 불가피하고 제조 후 일정 기간 내에 모두 사용하지 않으면 안되는 등의 제약이 있다. 따라서, 오랜 기간 동안 상온에서 일액 상태로 저장이 가능한 양이온 중합성 조성물이 요구되어 왔으며, 조성물을 저장하는 다양한 방법이 연구되어 왔다.
예를 들면, 양이온 중합성 조성물의 저장 안정성을 높이기 위해서, 종래 안정화제가 이용되어 왔다. 양이온 중합성 조성물에 있어서의 안정화제는, 일반적으로 전자 공여성인 루이스 염기이다. 강력한 루이스 염기는 양이온 중합 촉매의 짝음이온과 치환하여, 촉매 자체의 활성을 저하시킨다. 한편, 비교적 약한 루이스 염기는 촉매로부터 발생한 루이스산 및 중합 도중 양이온종을 포착하여 반응을 늦춘다. 이러한 루이스 염기를 안정화제로서 선택하여 양이온 중합성 조성물에 첨가함으로써, 목적하는 반응성이 얻어지며 저장 안정성이 향상된다 (일본 특허 공개 (평)4-227625호, 일본 특허 공표 (평)8-511572호 및 일본 특허 공개 (평)5-262815호).
또한, 일본 특허 공개 (평)7-90237호 및 일본 특허 공개 (평)9-291260호에는, 양이온 중합형 경화제로서 술포늄염과 에폭시 수지를 이용하는 기술이 기재되어 있다. 또한, 저장 안정성을 개선하기 위한 목적으로, 양이온 중합 촉매를 물리적 수법으로 잠재화시키는 방법이 연구되고 있다. 이러한 방법의 예로는 유기 포스핀 화합물을 중합체로 입자형으로 둘러 싼 마이크로캡슐 (일본 특허 공개 (평)6-73163호 공보)로 형성하거나, 제올라이트 등의 기공을 갖는 화합물에 흡착시켜 일액 저장성을 달성하는 방법이 있다.
또한, 일본 특허 공개 제2000-230038호에는, 가열 또는 냉각에 의해 가역적으로 용해 또는 석출이 가능한 양이온 중합 촉매가 기재되어 있다.
그러나, 이러한 촉매형을 이용한 조성물은 모두 반응성이 낮고 저장 안정성이 충분하지 않았다. 또한, 이들은 캡슐화를 위한 여분의 조작을 필요로 하는 등의 단점을 갖고 있다. 상기 조성물로 형성한 접착 필름에 있어서는, 실제의 사용 시간까지 촉매의 활성화를 막기 위해서, 촉매를 활성화시키는 광선에의 노출을 방지해야 하고, 따라서 저장 안정성을 높이는 것이 요망되고 있다.
한편, 액정 표시 장치에서는 유리제의 표시 패널의 전극부와, 그 표시 패널의 동작을 위해 필요한 구동용 IC가 탑재된 TCP (Tape Carrier Package)라고 불리는 플렉시블 회로가 이방 도전성 접착 필름을 사이에 두고 열압착함으로써 접속되어 있다. 그의 접속 피치는 통상 100 내지 200 ㎛이지만, 표시부가 고정밀화됨에 따라 접속 피치가 미세화하고, 최근에는 50 ㎛ 이하의 접속 피치가 요구되고 있다. 이렇게 접속 피치가 미세화됨에 따라, 열압착시의 열에 의한 TCP의 팽창 및 수축의 거동에 의해 피치가 어긋나는 문제가 유발된다. 이 문제를 해결하기 위해서, 보다 저온에서의 열압착이 가능한 이방 도전성 접착 필름이 요망되고 있다. 또한, 생산성 향상을 위해, 보다 단시간에 열압착이 가능한 이방 도전성 접착 필름도 요망되고 있다. 이러한 요구를 만족시키기 위한 목적으로, 반응성이 높은 양이온 중합 메커니즘을 이용한 이방 도전성 접착 필름이 제안되어 있다.
예를 들면, 일본 특허 공표 (평)8-511570호 공보에는, 경화성 에폭시 수지, 열가소성 수지, 유기금속 착체 양이온, 안정화 첨가제, 경화 속도 향상제 및 도전성 입자를 포함하는 이방 도전성 접착제 조성물이 기재되어 있고, 120 내지 125 ℃의 온도에서 열경화가 가능하다고 기재되어 있다. 그러나, 이러한 이방 도전성 접착제 조성물에 있어서도 저장 안정성이 충분하지 않았다.
발명의 요약
본 발명의 일 실시양태에 따르면, (A) 에폭시 단량체; 비닐 에테르 단량체 또는 이들의 혼합물로부터 선택된 양이온 중합성 단량체; (B) 양이온 중합 촉매; 및 (C) 양이온 중합 촉매의 양용매와 빈용매의 혼합물인 양이온 중합 촉매용 용매를 포함하는 양이온 중합성 접착제 조성물이 제공된다.
또한 본 발명에 따르면, 상기 양이온 중합성 접착제 조성물과 도전성 입자를 포함하는 이방 도전성 접착제 조성물이 제공된다.
또한 본 발명에 따르면, 상기 양이온 중합성 접착제 조성물 또는 이방 도전성 접착제 조성물을 세퍼레이터에게 도포하고 코팅 필름을 건조함으로써 형성된 접착 필름이 제공된다.
상기한 바와 같이, 본 발명의 양이온 중합성 접착제 조성물은 (A) 양이온 중합성 단량체, (B) 양이온 중합 촉매, 및 (C) 양이온 중합 촉매용 용매로 구성된다. 각각의 구성 성분에 관해서 이하에 설명한다.
양이온 중합성 단량체는 에폭시 단량체, 비닐 에테르 단량체, 또는 이들의 혼합물로부터 선택된다. 에폭시 단량체로서는 각각 양이온 중합성 관능기를 갖는 1,2-시클릭 에테르, 1,3-시클릭 에테르 및 1,4-시클릭 에테르가 예시되지만, 에폭시 단량체는 양이온 중합을 저해하는 기, 예를 들면 아민, 황 또는 인을 함유하는 관능기를 갖지 않는 것으로 한정된다. 이 에폭시 단량체는 바람직하게는 지환식 에폭시 수지 및 글리시딜기 함유 에폭시 수지이다.
지환식 에폭시 수지는 분자내에 지환식 에폭시기를 평균 2개 이상 갖는 화합물이고, 예를 들면 분자내에 에폭시기를 2개 갖는 것들, 예컨대 비닐시클로헥센 디옥시드 (예를 들어 ERL-4206, 유니온 카바이드 닛본 가부시끼가이샤 제조); 3,4-에폭시시클로헥실메틸-3,4-에폭시시클로헥산카르복실레이트 (예를 들어 UVR-6105 또는 UVR-6110, 유니온 카바이드 닛본 가부시끼가이샤 제조); 비스(3,4-에폭시시클로헥실)아디페이트 (예를 들어 UVR-6128, 유니온 카바이드 닛본 가부시끼가이샤 제조); 2-(3,4-에폭시시클로헥실-5,5-스피로-3,4-에폭시)시클로헥산-메타-디옥산 (예를 들어 ERL-4234, 유니온 카바이드 닛본 가부시끼가이샤 제조); 및 분자내에 3개, 4개 또는 그 이상의 에폭시기를 갖는 다관능성 지환식 에폭시 (예를 들어 Epolide GT, 다이셀 화학공업 가부시끼가이샤 제조)를 들 수 있다.
지환식 에폭시 수지의 에폭시 당량은 통상 90 내지 500, 바람직하게는 100 내지 400, 더욱 바람직하게는 120 내지 300, 가장 바람직하게는 210 내지 235의 범위이다. 에폭시 당량이 90보다 작으면 열경화 후의 인성 및 접착 강도가 저하하여 접속 신뢰성이 저하하는 우려가 있다. 또한, 에폭시 당량이 500을 초과하면, 계 전체의 점도가 지나치게 상승하여 가열 압착시의 유동성이 나쁘게 되거나 반응성이 저하되어 접속 신뢰성이 저하될 수 있다.
글리시딜기 함유 에폭시 수지는 분자내에 글리시딜기를 평균 2개 이상 갖는 화합물이고, 그의 예로는 비스페놀 A형 글리시딜 에테르 (예를 들어 Epikote 828, 유화셸 에폭시 가부시끼가이샤 제조), 페놀 노볼락형 에폭시 (예를 들어 Epikote 154, 유화셸 에폭시 가부시끼가이샤 제조) 등을 들 수 있다.
글리시딜기 함유 에폭시 수지의 에폭시 당량은 통상 170 내지 5,500, 바람직하게는 170 내지 1,000, 더욱 바람직하게는 170 내지 500, 가장 바람직하게는 175 내지 210의 범위이다. 에폭시 당량이 170보다 작으면 열경화 후의 인성 및 접착 강도가 저하될 수 있는 반면, 에폭시 당량이 5,500을 초과하면 계 전체의 점도가 과도하게 상승하여 열압착시의 유동성이 나쁘게 되거나 반응성이 저하되어 접속 신뢰성이 저하될 수 있다.
비닐 에테르 단량체는 이중 결합의 전자 밀도가 높고 매우 안정한 카르보 양이온을 생성하기 때문에, 양이온 중합에 있어서 반응성이 높다. 비닐 에테르 단량체로서는, 양이온 중합을 저해시키지 않기 때문에 질소를 함유하지 않는 것에 한정되며, 예를 들면 메틸 비닐 에테르, 에틸 비닐 에테르, tert-부틸 비닐 에테르, 이소부틸 비닐 에테르, 트리에틸렌 글리콜 디비닐 에테르, 1,4-시클로헥산 디메탄올 디비닐 에테르 등이 예시된다. 바람직하게는, 비닐 에테르 단량체로서 트리에틸렌 글리콜 디비닐 에테르 (예를 들어 Rapi-Cure DVE.3, 아이에스피재팬 가부시끼가이샤 제조), 시클로헥산 디메탄올 디비닐 에테르 (예를 들어 Rapi-Cure CHVE, 아이에스피재팬 가부시끼가이샤 제조) 등을 들 수 있다.
상기 에폭시 단량체 및 비닐 에테르 단량체는 단독으로 또는 혼합물로서 사용될 수 있다. 복수종의 에폭시 단량체 또는 비닐 에테르 단량체를 사용할 수 있다. 특히, 지환식 에폭시 수지와 글리시딜기 함유 에폭시 수지의 혼합물이 바람직하게 사용된다. 지환식 에폭시 수지는 접착제 조성물의 급속 경화성 및 저온 경화성을 향상시키고, 또한 그의 낮은 점도로 인해 접착제 조성물의 피착체에의 접착성을 높이는 작용이 있다. 한편, 글리시딜기 함유 에폭시 수지는 활성화 후의 접착제 조성물의 가사시간을 연장시키는 작용을 갖는다. 따라서, 이 지환식 에폭시 수지와 글리시딜기 함유 에폭시 수지를 조합하여 사용함으로써, 지환식 에폭시 수지의 저온 급속 경화성과 글리시딜기 함유 에폭시 수지의 실온에서의 장시간 저장 안정성의 특성을 양호하게 겸비한 접착제 조성물을 얻을 수 있다. 지환식 에폭시 수지/글리시딜기 함유 에폭시 수지의 배합비는 통상 5:95 내지 98:2, 바람직하게는 40:60 내지 94:6, 더욱 바람직하게는 50:50 내지 90:10, 가장 바람직하게는 50:50 내지 80:20이다. 지환식 에폭시 수지의 양이 지환식 에폭시 수지와 글리시딜기 함유 에폭시 수지의 총량에 대해 5 중량%보다 적은 경우, 저온에서의 경화성이 저하하여 충분히 높은 접착 강도나 접속 신뢰성을 제공할 수 없는 반면, 지환식 에폭시 수지의 양이 98 중량% 초과인 경우, 실온 부근에서도 경화 반응이 진행하기 쉽기 때문에 활성화 후의 가사시간이 단축될 수 있다. 이 양이온 중합성 단량체의 배합량은 전체 조성물 100 중량부에 대하여 10부 내지 90부인 것이 바람직하다.
양이온 중합 촉매는 자외선 조사 또는 가열에 의해서 루이스산 등의 양이온 활성종을 생성하여, 에폭시 고리의 개환 반응을 촉매하는 화합물이다. 이러한 양이온 중합 촉매의 예로서는 아릴디아조늄염, 디아릴요오도늄염, 트리아릴술포늄염, 트리아릴셀레늄염, 철-아렌 착체 등을 들 수 있다. 이들 가운데, 철-아렌 착체는 열적으로 안정하기 때문에 특히 바람직하고, 이들의 구체적인 예로는 크실렌-시클로펜타디에닐 철 (II) (트리스(트리플루오로메틸술포닐)메티드), 쿠멘-시클로펜타디에닐 철 (II) 헥사플루오로포스페이트, 비스(에타-메시틸렌) 철 (II) 트리스(트리플루오로메틸술포닐)메티드, 비스(에타-메시틸렌) 철 (II) 헥사플루오로엔티모네이트 등을 들 수 있다. 본 발명의 접착 필름에 있어서는, 가시광 영역 (360 내지 830 nm)에 있어서도 저장 안정성을 발휘할 수 있어, 이 가시광 영역에 흡수 파장을 갖는 양이온 중합 촉매를 사용하는 경우 특히 유리하다. 양이온 중합 촉매의 다른 예로는 일본 특허 공표 (평)8-511572호 공보, 일본 특허 공표 (평)11-501909호 공보, 일본 특허 공개 (소)59-108003호 공보에 기재되어 있는 것들을 들 수 있다.
양이온 중합 촉매의 사용량은 양이온 중합성 단량체 100 중량부에 대하여 통상 0.05 내지 10.0 중량부, 바람직하게는 0.075 내지 7.0 중량부, 더욱 바람직하게는 0.1 내지 4.0 중량부, 가장 바람직하게는 1.0 내지 2.5 중량부이다. 사용량이 0.05 중량부보다 적으면 저온에서의 경화성이 저하하여 충분히 높은 접착 강도나 접속 신뢰성을 제공할 수 없는 반면, 10.0 중량부를 초과하면 실온 부근에서도 경화 반응이 진행하기 쉽기 때문에 실온에서의 저장 안정성이 떨어질 수 있다.
양이온 중합 촉매용 용매는 상기 양이온 중합 촉매의 양용매와 빈용매를 포함한다. 본원에서 사용되는 "양용매"의 용어는 양이온 중합 촉매가 용해될 수 있는 유기 용매를 의미하고, "빈용매"의 용어는 양이온 중합 촉매가 용해될 수 없는 유기 용매를 의미한다. 용해의 판단은 유기 용매와 촉매의 혼합 용액 중에 침전물이 보이지 않는 것으로 확인할 수 있고, 실온에서 약 5 %의 양이온 중합 촉매가 용해 가능한 가의 기준에 따라 수행한다. 용해도가 5 % 이상인 용매는 양용매이다.
양용매 및 빈용매는 사용하는 양이온 중합 촉매에 따라 상기 기준에 따라서 적절하게 선택할 수 있다. 예를 들면, 양이온 중합 촉매로서 비스(에타-메시틸렌)철 (II) 트리스(트리플루오로메틸술포닐)메티드를 사용하는 경우, 양용매와 빈용매의 조합, 예를 들어 아세톤과 톨루엔, 메틸 에틸 케톤과 톨루엔, 및 아세톤과 크실렌의 조합을 사용할 수 있다.
본 발명으로 제공되는 접착 필름중에는, 생성 입도 5 ㎛ 이하, 가장 바람직하게는 입도 0 ㎛ 초과 0.1 ㎛의 촉매가 포함된다.
양용매와 빈용매는 바람직하게는 5 중량%:95 중량% 내지 60 중량%:40 중량%, 더욱 바람직하게는 10 중량%:90 중량% 내지 50 중량%:50 중량%의 비율로 사용된다. 양용매의 양이 작은 경우 입경 5 ㎛ 이상의 조입자형의 양이온 중합 촉매가 석출되어 균일한 양이온 중합을 수행할 수 없게 되는 반면, 빈용매의 양이 작은 경우 저장 안정성이 개선되지 않는다. 양용매는 빈용매보다 증발 속도가 빠른 것이 바람직하다. 이러한 유기 용매는 단독으로 또는 상기 유기 용매의 혼합물로 사용될 수 있다. 양용매가 단독으로는 양이온 중합 촉매에 대해 양용매로서 기능할 수 없더라도, 양용매와 소위 공용매의 혼합물을 양용매로서 사용할 수 있다.
양이온 중합성 단량체, 양이온 중합 촉매 및 용매를 혼합함으로써, 본 발명의 양이온 중합성 접착제 조성물을 얻을 수 있다. 이 접착제 조성물에 도전성 입자를 첨가함으로써, 이방 도전성 접착제 조성물을 얻을 수 있다.
사용할 수 있는 도전성 입자의 예로는 구리, 니켈, 금, 주석, 아연, 백금, 팔라듐, 철, 텅스텐, 몰리브덴, 땜납 등의 금속 입자 및 탄소 입자 등의 도전성 입자를 들 수 있다. 입자의 표면에 추가로 금속 등의 도전성 피복을 실시한 입자를 사용할 수 있다. 또한, 폴리에틸렌, 폴리스티렌, 페놀 수지, 에폭시 수지, 아크릴수지, 벤조구아나민 수지 등의 중합체, 글래스 비드, 실리카, 흑연 또는 세라믹 등의 비도전성 입자의 표면에 금속 등의 도전성 피복이 실시된 입자도 사용할 수 있다. 도전성 입자의 형상은 특별히 한정되지는 않지만, 통상은 거의 구형인 것이 바람직하다. 이 입자는 다소 거칠거나 뾰족한 표면을 가질 수 있다. 또한, 그 형상은 타원형 또는 긴 원통형일 수 있다.
사용되는 도전성 입자의 평균 입도는 접속에 사용되는 전극의 폭과 인접하는 전극 사이의 간격에 따라 달라질 수 있다. 예를 들면, 전극폭이 50 ㎛이고 인접하는 전극 사이의 간격이 50 ㎛인 경우 (즉 전극 피치가 100 ㎛임), 3 ㎛ 내지 20 ㎛ 정도의 평균 입도가 적합하다. 이 범위의 평균 입도를 갖는 도전성 입자가 분산된 이방 도전성 접착 필름을 이용하면, 충분히 양호한 도전성을 얻을 수 있는 동시에, 인접 전극 사이의 단락을 충분히 방지할 수 있다. 회로 기재끼리의 접속에 사용되는 전극의 피치는 통상 50 ㎛ 내지 1,000 ㎛이기 때문에, 도전성 입자의 평균 입도는 2 ㎛ 내지 40 ㎛의 범위가 바람직하다. 평균 입도가 2 ㎛보다 작으면 입자가 전극 표면의 요철에 파묻혀서 도전성 입자로서 기능할 수 없게 되는 반면, 40 ㎛보다 크면 인접 전극 사이에서 단락이 발생할 수 있다.
도전성 입자의 첨가량은 사용되는 전극의 면적과 도전성 입자의 평균 입도에 따라 달라질 수 있다. 1개의 전극당 수 개 (예를 들면 2 내지 10개)의 도전성 입자가 존재하는 경우, 통상 양호한 접속을 얻을 수 있다. 전기 저항을 더욱 낮추는 경우, 10 내지 300개의 도전성 입자가 존재하도록 도전성 입자를 접착제 중에 배합할 수 있다. 또한, 열압착시에 큰 압력이 가해지는 경우, 전극상의 도전성 입자의 수를 300 내지 1000개로 늘려 압력을 분산시켜 양호한 접속을 얻을 수 있다. 도전성 입자의 양은 도전성 입자를 제외한 접착제의 전체 부피에 대하여 통상 0.1 내지 30 부피%, 바람직하게는 0.5 내지 10 부피%, 더욱 바람직하게는 1 내지 5 부피%이다. 상기 양이 0.1 부피%보다 적은 경우, 접착시 전극상에 도전성 입자가 존재하지 않을 확률이 높고, 접속 신뢰성이 저하될 수 있는 반면, 30 부피%를 초과하는 경우, 인접 전극 사이에 단락이 발생하기 쉽게 된다.
본 발명의 양이온 중합성 접착제 조성물 및 이방 도전성 접착제 조성물은 상기 성분 이외에 최종 용도에 따라 다른 첨가제나 개질제를 함유할 수 있다. 접착제 조성물에 첨가될 수 있는 첨가제의 예로는 양이온 중합 촉진제 (예를 들면 디-tert-부틸 옥살레이트), 산화 방지제 (예를 들면 힌더드페놀계 산화방지제), 커플링제 (예를 들면 γ-글리시독시프로필 트리메톡시실란 및 β-(3,4-에폭시시클로헥실)에틸 트리메톡시실란 등의 실란 커플링제) 및 안정화제를 들 수 있다. 안정화제는 양이온 중합시 양이온 활성종으로서 기능하는 루이스산 등의 포착에 의해 양이온 중합 반응을 억제하거나 저해하는 것으로, 구체적인 예로는, 15-크라운-5 등의 크라운 에테르류, 1,10-페난트롤린 및 그의 유도체, N,N-디에틸-메타-톨루이딘 등의 톨루이딘류, 트리페닐포스핀 등의 포스핀류, 2,2'-디피리딜 및 산아미드류 등을 들 수 있다.
개질제로서는, 디올류 (예를 들면 비스(페녹시에탄올)플루오렌), 점착부여제, 열가소성 엘라스토머 또는 수지, 충전제 (예를 들면, 퓸드 실리카), 내충격성 개질제 등을 첨가할 수 있다. 퓸드 실리카 가운데, 트리메틸실릴기에 의해 표면이소수성 처리된 것을 사용함으로써 접착제 조성물의 증점 효과를 효율적으로 높일 수 있다. 내충격성 개질제로서는, 외피가 에폭시 수지 등의 열경화성 수지와의 상용성이 양호한 중합체로 구성되고, 그 핵재가 고무 성분으로 구성된 소위 코어셸 입자를 사용할 수도 있다.
열가소성 엘라스토머 또는 수지는 본 발명의 양이온 중합성 접착제 조성물을 접착 필름으로 형성시킬 때 혼입하는 것이 바람직하다. 열가소성 엘라스토머 또는 수지는 접착 필름의 필름 형성성을 향상시킴과 동시에 접착 필름의 내충격성을 개량하고, 경화 반응에 의해서 발생하는 내부 잔류 응력을 완화하여 접착 신뢰성을 향상시킨다. 열가소성 엘라스토머는 특정 온도 이하에서는 구속된 상인 하드 세그먼트와 고무 탄성을 발현하는 소프트 세그먼트로 구성되는, 일반적으로 열가소성 엘라스토머라고 불리는 고분자 화합물의 1종이다. 이러한 엘라스토머의 예로는 스티렌계 열가소성 엘라스토머를 들 수 있다. 스티렌계 엘라스토머는, 예를 들면 하드 세그먼트에 스티렌 단위, 소프트 세그먼트에 폴리부타디엔 단위 또는 폴리이소프렌 단위를 함유하는 블록 공중합체이다. 전형적인 예로서는 스티렌-부타디엔-스티렌 블록 공중합체 (SBS), 스티렌-이소프렌-스티렌 블록 공중합체 (SIS)뿐만 아니라 소프트 세그먼트의 디엔 성분을 수소첨가한 스티렌-(에틸렌-부틸렌)-스티렌 블록 공중합체 (SEBS) 및 스티렌-(에틸렌-프로필렌)-스티렌 블록 공중합체 (SEPS) 등을 들 수 있다. 또한, 반응성기를 갖는 스티렌계 열가소성 엘라스토머, 예컨대 글리시딜 메타크릴레이트에 의해 에폭시 변성된 엘라스토머 및 공액 디엔의 불포화 결합을 에폭시화시킨 엘라스토머를 사용할 수 있다. 반응성기를 갖는 엘라스토머는 반응성기의 극성이 높기 때문에 에폭시 수지와의 배합 범위가 넓어지고, 동시에 에폭시 수지와의 가교 반응에 의해 가교 구조중에 반응성기가 혼입되기 때문에 경화 후의 열 및 수분에 대한 내성이 확보되어 접착 신뢰성이 향상될 수 있다. 에폭시화 스티렌계 엘라스토머의 예로는 Epofriend A 1020 (다이셀 화학공업 가부시끼가이샤 제조)를 들 수 있다.
본 발명에 있어서, 열가소성 엘라스토머 대신 열가소성 수지를 사용할 수도 있다. 접합하는 기재상의 회로 사이에 양호한 전기적 접속을 얻을 수 있도록 접착 필름의 열압착시에 접착제를 유동시켜 제거하여야 한다. 열가소성 수지는 열압착 온도 (예를 들면 100 내지 130 ℃) 이하의 Tg를 갖는 것이 바람직하다. 이 열가소성 수지는 양이온 중합 반응을 저해하는 기, 예를 들면 아민, 황 또는 인을 포함하는 관능기를 갖지 않는 것으로 한정된다. 또한, 사용되는 유기 용매에 용해될 수 있고 양이온 중합성 단량체와 상용성이 양호한 열가소성 수지가 특히 바람직하다. 이러한 열가소성 수지의 예로는 폴리비닐 아세탈 수지, 폴리비닐 부티랄 수지, 아크릴 수지, 메타크릴 수지, 폴리에스테르 수지, 페녹시 수지, 노볼락 수지, 폴리스티렌 수지, 폴리카보네이트 수지, 폴리술폰 수지 등 및 이들의 배합물을 들 수 있다.
열가소성 엘라스토머 또는 수지의 양은 양이온 중합성 단량체 100 중량부에 대하여 통상 10 내지 900 중량부, 바람직하게는 20 내지 500 중량부, 더욱 바람직하게는 30 내지 200 중량부, 가장 바람직하게는 40 내지 100 중량부이다. 상기 양이 10 중량부보다 적은 경우 접착제 조성물의 필름 형성성이 저하될 수 있고, 900중량부를 초과하는 경우 저온에서의 접착제 조성물 전체의 유동성이 저하하여 접착시 도전성 입자와 회로 기재의 접촉이 나쁘게 되어, 전기 저항의 상승이나 접속 신뢰성의 저하를 유발하고 접착 강도도 낮게 된다.
또한, 열전도성의 충전재, 예를 들면 알루미나, 실리카, 질화붕소, 산화마그네슘 등의 입자, 및 탄소 섬유를 본 발명의 양이온 중합성 접착제 조성물에 첨가함으로써 열전도성 접착 필름을 얻을 수 있다.
이러한 양이온 중합성 접착제 조성물 및 이방 도전성 접착제 조성물은 바람직하게는 필름의 형태로 사용된다. 이 필름은 예를 들면 다음과 같은 방식으로 제조할 수 있다. 우선, 양이온 중합성 단량체와, 필요에 따라서 필름 형성성을 향상시킬 수 있는 상기한 열가소성 수지, 및 빈용매 및 양용매를 충분히 교반 혼합하여 접착제 용액을 얻는다. 임의로는, 이방 도전성 접착제 조성물을 형성하기 위해서 실시예 E1 내지 E5에 나타낸 바와 같이 상기 도전성 입자를 얻어진 접착제 용액에 가할 수 있다. 별도로, 양이온 중합 촉매와 양용매를 혼합하여 균일한 촉매 용액을 얻는다. 이러한 용액을 혼합하여 접착제 용액을 제조하고, 이것을 나이프코터 등의 적절한 도포 수단을 이용하여 세퍼레이터 (예를 들면 실리콘 처리된 폴리에스테르 필름) 위에 도포한 후 이 도막을 건조함으로써 필름을 얻을 수 있다. 건조 조작에 있어서, 접착제 용액중에 용해된 중합 촉매가 서서히 재결정화하여, 미세한 입자의 형태로 필름 중에 균일하게 석출되고, 그 결과 저장 안정성이 향상되는 것으로 생각된다. 이와 같이 하여 형성된 필름의 두께는, 열압착에 의해 기재끼리를 접속할 때에 접속부에 간극이 전혀 형성되지 않고, 필요한 만큼 충분히 충전할 수있도록 5 ㎛ 내지 100 ㎛ 범위내인 것이 바람직하다.
이 접착 필름을 기재상에 배치 (가압착)한 후, 접착시킬 다른 기재를 접착제 조성물상에 압착 헤드에 의해서 열압착 (본압착)함으로써 2개의 기재가 접착된다. 양이온 중합 촉매가 자외선 활성화형 양이온 중합 촉매인 경우, 본압착 전 또는 본압착과 동시에 접착제 조성물에 자외선을 조사하여 활성화시킬 필요가 있다.
광선, 특히 가시광 영역 (360 내지 830 nm)에 흡수 파장을 갖는 양이온 중합 촉매가 양이온 중합성 단량체 중에 용해되는 경우, 소정의 조사량 이상으로 가시광선에 노출되면 양이온 중합 촉매 분자의 일부가 분해하여 양이온종을 형성하고, 실온에서도 서서히 양이온 중합성 단량체가 중합한다. 이 때문에, 종래의 양이온 중합성 접착제를 실온에서 형광 램프하의 광선에 1일간 노출시키면 반응이 과도하게 진행하여 점착성 및 유동성이 저하하여 접착제로서의 기능이 크게 저하된다. 그러나, 본 발명의 양이온 중합성 조성물로 제조한 접착 필름을 동일한 조건하에 1일간 노출시켜도 반응이 서서히 진행하여 접착제로서의 기능을 유지할 수 있다.
이방 도전성 접착 필름의 제조
1.0 g의 지환식 에폭시 수지 (상품명: Cyracure UVR6128, 유니온 카바이드 닛본 가부시끼가이샤 제조, 에폭시 당량: 200), 5.0 g의 글리시딜기 함유 페놀-노볼락형 에폭시 수지 (상품명: Epikote 154, 유화셸 에폭시 가부시끼가이샤 제조, 에폭시 당량: 178), 4.0 g의 페녹시 수지 (PKHC, 페녹시 어소시에이츠사 제조, OH 당량: 284), 0.009 g의 N,N-디메틸-m-톨루이딘을 표 1에 표시하는 양용매와 빈용매의 혼합 유기 용매 11.0 g과 혼합하여 균일한 용액이 형성될 때까지 교반했다. 여기에 최종 고형분의 3 부피%가 되도록 도전성 입자 (디비닐벤젠 공중합체의 표면에 니켈층을 제공하고 그 위에 금을 적층한 입자, 평균 입도: 5 ㎛)를 첨가하여, 도전성 입자가 충분히 분산될 때까지 교반을 계속했다. 별도로, 0.06 g의 양이온 중합 촉매 (비스(에타-메시틸렌) 철 (II)-트리스(트리플루오로메틸술포닐)메티드), 0.2 g의 실란 커플링제 (실란 커플링제 A187, 일본 유니카 가부시끼가이샤 제조, γ-글리시독시프로필 트리메톡시실란) 및 0.6 g의 양용매를 혼합하여 균일한 용액이 형성될 때까지 교반하고, 이 용액을 상기 제조한 분산액에 첨가하여 추가로 교반했다. 이렇게 해서 얻어진 이방 도전성 접착제 조성물의 분산액을, 세퍼레이터로서 실리콘 처리가 실시된 폴리에스테르 필름상에 나이프코터를 사용하여 도포하고 65 ℃에서 10분간 건조시켜, 두께 25 ㎛의 이방 도전성 접착 필름을 얻었다 (실시예 E1 내지 E5).
비교를 위한 목적으로, 양용매:빈용매의 비율을 70 중량%:30 중량%로 변경한 이외에는 실시예 E1과 동일한 방식으로 (비교예 C1), 또는 빈용매를 사용하지 않고 양용매의 양을 100 %로 변경하여 (비교예 C2 및 C3), 또는 양용매를 사용하지 않고 빈용매의 양을 100 %로 변경하여 (비교예 C4 및 C5), 이방 도전성 접착 필름을 제조하였다.
이렇게 해서 제조한 폭 2 mm, 길이 4 cm의 이방 도전성 접착 필름을 두께 0.7 mm의 ITO (Indium Tin Oxide) 필름을 갖는 유리판에 접착하고, 60 ℃에서 4초간, 1.0 MPa의 압력으로 열압착한 후, 세퍼레이터인 폴리에스테르 필름을 박리하였다 (가압착). 다음에, 두께 25 ㎛의 폴리이미드 필름상에, 도체간 피치 70 ㎛, 도체폭 35 ㎛, 두께 12 ㎛의 금도금 구리선이 배치된 플렉시블 회로를 상기 가압착된 이방 도전성 접착 필름 위에 배치하여 고정했다. 이것을 통상의 가열형 압착기를 사용하여 이방 도전성 접착 필름 부분을 180 ℃에서 10 내지 20초간 1.5 MPa로 가열하는 조건하에 열압착하여 회로 접속을 완료시켰다 (본압착).
접착력의 평가
이렇게 해서 형성된, ITO 필름을 갖는 유리판상에 열압착된 플렉시블 회로를 폭 5 mm로 절단하고, ITO 필름을 갖는 유리판에 대하여 90°의 방향으로 50 mm/분의 속도로 인장시켜 그 최대값을 기록했다.
DSC (시차 주사 열량계)에 의한 발열 특성 평가
접착제 조성물의 저장 안정성이 낮으면 저장 중에 경화 반응이 진행하고, DSC 측정시에는 발열 에너지의 저하로서 나타난다. 따라서 50 내지 200 ℃의 범위에서 발열 에너지를 측정했다. 측정시의 승온 속도는 10 ℃/분으로 설정했다.
접속 상태의 평가
디지털 멀티미터를 사용하여 ITO 필름을 갖는 유리판과 플렉시블 회로 사이의 접속 저항을 측정했다.
저장 안정성 평가
세퍼레이터상의 이방 도전성 필름을 이방 도전성 필름이 백색 형광 램프를 향하도록 배치한 후 실온에서 24 시간 방치했다. 필름면에서의 조도를 1,000 lx로 조정하였다 (저장 후).
평가 결과를 표 1 및 표 2에 나타내었다.
유기 용매 초기값
양용매 (%) 빈용매 (%) 초기 온도 (℃) 발열 피크 온도 (℃) 발열 에너지(cal/g)
실시예 E1 아세톤 (40) 톨루엔 (60) 96 104 281
E2 아세톤 (20) 톨루엔 (80) 108 120 299
E3 아세톤-에틸 아세테이트 혼합물 (52.5) 톨루엔 (47.5) 97 107 315
E4 메틸 에틸 케톤 (30) 톨루엔 (70) 110 127 289
E5 아세톤 (30) 크실렌 (70) 96 108 280
비교예 CE1 아세톤 (70) 톨루엔 (30) 90 99 316
CE2 아세톤 (100) 없음 89 98 286
CE3 메틸 에틸 케톤 (100) 없음 90 101 286
CE4 없음 톨루엔 (100) - - -
CE5 없음 크실렌 (100) - - -
저장 후
초기 온도 (℃) 발열 피크 온도(℃) 발열 에너지(cal/g)
실시예 E1 108 115 291
E2 124 132 305
E3 119 126 291
E4 127 134 260
E5 116 124 281
비교예 CE1 52 82 210
CE2 47 76 229
CE3 50 75 218
CE4 - - -
CE5 - - -
유기 용매 초기값 저장 후
양용매 (%) 빈용매 (%) 평균 접속 저항 (Ω) 평균 접착 강도 (N/cm) 평균 접속 저항 (Ω) 평균 접착 강도 (N/cm)
실시예 E1 아세톤 (40) 톨루엔 (60) 1.8 7.5 1.9 6.6
E2 아세톤 (20) 톨루엔 (80) 1.6 6.3 1.6 5.3
E3 아세톤-에틸 아세테이트 혼합물 (52.5) 톨루엔 (47.5) 1.6 7.3 1.5 5.6
E4 메틸 에틸 케톤 (30) 톨루엔 (70) 1.5 5.8 1.6 5.7
E5 아세톤 (30) 크실렌 (70) 1.6 7.1 2.3 5.6
비교예 CE1 아세톤 (70) 톨루엔 (30) 1.7 7.2 개방 6.0
CE2 아세톤 (100) 없음 1.6 7.0 개방 5.0
CE3 메틸 에틸 케톤 (100) 없음 1.9 7.5 개방 5.2
CE4 없음 톨루엔 (100) - - - -
CE5 없음 크실렌 (100) - - - -
열압착은 180 ℃/10초/1.5 MPa의 동일 조건하에 수행하였으나, 실시예 E2 및 E4의 경우, 열압착을 180 ℃/20초/1.5 MPa의 조건하에 수행함실시예 E3: 공용매로서 에틸 아세테이트를 사용하였으며 아세톤 (10 %) 및 에틸 아세테이트 (90 %)의 혼합 용매를 양용매로서 사용함개방: 30 kΩ 이상
상기 표로부터 명백한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 있어서, 실온 (25 ℃)에서 조도 1,000 lx의 백색 형광 램프하에 노출시킨 후 (저장 후)라도, 발열 에너지의 저하나 발열 피크 온도의 큰 이동은 관찰되지 않았고, 전기 접속 저항과 박리 접착력이 모두 양호했다. 다른 한편으로, 비교예 CE1 내지 CE3에서는, 초기의 특성은 양호하지만, 백색 형광 램프하에 24 시간 노출시킨 후에는 발열 에너지의 저하가 관찰되고, 또한 전기 접속 저항이 높았다 (개방). 비교예 CE4에서는 용매로서 톨루엔만을 사용하고 비교예 CE5에서는 용매로서 크실렌만을 사용하기 때문에, 접착제의 구성 성분이 완전히 용해되지 않고, 균일한 접착제 용액 및 균일한 필름을 제조할 수 없었다. 따라서, DSC, 접속 저항 및 접착 강도 측정은 수행하지 않았다. 그러므로, 본 발명의 이방 도전성 접착 필름의 양호한 효과가 관찰되었다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 양이온 중합성 접착제 조성물은 가시광에 노출되는 경우에도 과도한 반응을 유발하지 않고 접착제로서의 기능을 잃는 일 없이 저장 안정성이 우수한 접착 필름을 제공할 수 있다.

Claims (7)

  1. (A) 에폭시 단량체, 비닐 에테르 단량체 또는 이들의 혼합물로부터 선택된 양이온 중합성 단량체;
    (B) 양이온 중합 촉매; 및
    (C) 양이온 중합 촉매의 양용매와 빈용매의 혼합물인 양이온 중합 촉매용 용매
    를 포함하는 양이온 중합성 접착제 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 양용매 대 빈용매의 중량비가 5:95 내지 60:40인 양이온 중합성 접착제 조성물.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 양이온 중합 촉매가 360 내지 830 nm의 가시광 영역에 흡수 피크를 갖는 양이온 중합성 접착제 조성물.
  4. 제3항에 있어서, 양이온 중합 촉매가 철-아렌 착체인 양이온 중합성 접착제 조성물.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 양이온 중합성 접착제 조성물 및 도전성 입자를 포함하는 이방 도전성 접착제 조성물.
  6. 제1항의 양이온 중합성 접착제 조성물을 세퍼레이터에 도포하고, 코팅 필름을 건조시킴으로써 형성된 접착 필름.
  7. 제5항에 기재된 이방 도전성 접착제 조성물을 세퍼레이터에 도포하고, 코팅 필름을 건조시킴으로써 형성된 이방 도전성 접착 필름.
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