KR20100028901A

KR20100028901A - 이방성 도전성 물질

Info

Publication number: KR20100028901A
Application number: KR1020080087848A
Authority: KR
Inventors: 시-타우 예
Original assignee: 팀켐 컴퍼니
Priority date: 2008-09-05
Filing date: 2008-09-05
Publication date: 2010-03-15
Also published as: KR101067353B1

Abstract

필라멘트상 니켈 분말(들) 및 열경화성 에폭시 수지의 혼합물로 이루어진 조성물이 이방성 도전성 물질의 기초를 형성한다. 필라멘트상 니켈 분말은 3차원의 체인상 네트웍 구조(three-dimensional chain-like network structure)를 갖는다. 그러한 필라멘트상 니켈 분말이 고분자 박막 필름 중에 분산되어 있는 경우, 이방성 도전성을 나타낸다.

Description

이방성 도전성 물질{Anisotropic conductive material}

본 발명은 이방성 도전성 물질에 관한 것이다. 더 상세하게는, 본 발명은 전기 이방성 고분자 물질의 조성물에 관한 것이다.

소비자 선호에 힘입어서 전자제품은 크기가 작아지고 더 가볍고 더 콤팩트하게 되었다. 또한 전자제품은 더 빠르게 정보를 처리할 수 있는 것이 요구되고 있다. 따라서, 전자제품 제조업자는 더욱 증가된 정밀도로 전기부품을 연결해야 하는 이슈에 직면하게 되었다.

비록 전통적인 땜납 방법이 상당히 신뢰성 있고 작업하기 용이한 것이 입증되어 왔지만, 이 방법은 회로부품을 매우 미세한 피치(pitch)로 연결하는 경우에는 문제가 있다. 이방성 도전성 필름(ACF), 이방성 도전성 접착제(ACA) 또는 이방성 도전성 시트(ACS)와 같은 다양한 도전성 물질은 모두 이러한 이슈를 해결하는데 얼마간 성공을 거두었다.

이방성 도전성 필름은 2개의 얇은 회로기판 사이 또는 집적회로 칩과 회로기판 사이의 영구적 또는 반영구적 접속(connection)을 하기 위하여 전형적으로 사용된다. 예를 들면, ACF는 다른 층들을 접속하기 위하여 TFT-LCD의 제조에 사용될 수 있다.

이방성 도전성 필름은 전형적으로 열경화성 잠재 경화성(latent-curing) 에폭시 수지 시스템 중에 분산된, 은 입자 또는 은도금 유기 입자와 같은 도전성 입자로 이루어진다. 이 이방성 도전성 필름은 접속되어야 할 두 기판의 사이에 배치되며, 열과 압력을 가하여 수지를 용융시키고 두 기판을 밀착시킴으로써 두 접속된 기판의 표면이 모두 도전성 입자와 접촉한다. 전기는 도전성 입자를 통하여 도전되며 두 기판 사이를 자유롭게 흐르지만, 이방성 도전성 필름을 따라서는 흐르지 않는다. 왜냐하면 도전성 입자는 서로 접촉하는 것을 피하기 위하여 단지 드문드문 분산되어 있기 때문이다.

이방성 도전성 접착제 또는 이방성 도전성 페이스트(ACP)의 작동원리는 이방성 도전성 필름의 그것과 매우 유사하다. 그러므로, 이는 역시 열경화성 고분자 매트릭스 내에 드문드문 분산된 도전성 입자를 포함한다. 이방성 도전성 페이스트가 두께 수 마이크론의 박층을 형성하여 본질적으로 단일층의 도전성 입자가 두 접속하는 기판의 사이에 샌드위치되고, 또한 도전성 입자가 기판 표면과는 직접 접촉하지만 서로는 접촉하지 않도록 도포하기 위해서는 열과 압력이 역시 필요하다. 이는 필름의 수직방향으로는 전기도전성을 보장하지만 필름의 방향으로는 보장하지 않는다. 유체 형태 때문에, ACP는 스크린 프린팅 방법 또는 다른 코팅 방법에 의하여 기판 표면에 도포될 수 있다.

2006년 7월 10일에 특허등록된 Weiss 등의 미국특허 7,077,659 B2는 자성 입자를 액체 수지와 혼합하는 단계, 상기 혼합물을 연속적인 시트로 성형하는 단계 및 상기 시트를 자기장의 존재하에서 경화하는 단계에 의하여 ACS가 얻어지는 것을 개시한다. 이는 시트 두께를 통하여 컬럼들을 형성하는 입자들을 낳으며 이들은 전기적으로 도전성이다.

2006년 7월 4일에 특허등록된 Yamada 등의 미국특허 7,071,722 B2는 철, 니켈, 코발트 또는 니켈을 중심 입자로서 이용하고 그 표면을 금 또는 은으로 도금하여 얻은 복합 입자와 같은 약간 큰 자성 도전성 입자(평균 직경 5-50㎛)가 적당한 경화 시약을 포함하는 액체 실리콘 고무와 혼합되는 것을 개시한다. 이방성 도전성 고무 시트는 열과 강한 자기장의 존재하에서 시트-몰드를 이용하여 형성된다.

2005년 2월 1일에 특허등록된 Igarashi 등의 미국특허 6,849,335 B2는 약간 작은 입자 크기(평균 직경 1-10㎛)의 자성 도전성 입자 및 액체 실리콘 고무를 포함하는 성형 컴파운드가 열과 자기장의 동시 존재하에서 시트 성형되는 것을 개시한다.

2003년 12월 30일에 특허등록된 Yamaguchi 등의 미국특허 6,669,869 B2는 절연성 고분자로 코팅된 구리 와이어를 다수개의 감겨진 층의 이방성 도전성 블록으로 감은 후, 상기 블록을 이방성 도전성 시트의 박층으로 얇게 써는 것을 개시한다.

2005년 4월 12일 특허등록된 Paik 등의 미국특허 6,878,435 B2는 상기한 드문드문 분산된 도전성 입자의 개념에 기초한 3층 이방성 도전성 접착성 필름(ACA 필름)을 개시한다. 3층 구조는 ACA 필름의 접착력을 향상시키기 위한 것이다. 따라서, 두 접착력 증강층이 메인 ACA 필름의 상부층과 하부층 표면에 가해진다. 메인 ACA 필름은 두께가 25-50㎛이며, 입자 직경 3-10㎛의 도전성 입자 5-20중량%를 갖는다. 도전성 입자 5-10중량%를 포함하는 접착력 증강층은 두께 1-10㎛이다.

2006년 9월 6일 특허등록된 Mizuta 등의 미국특허 6,939,431 B2는 이방성 도전성 페이스트 조성물을 개시한다. 금, 니켈, 은 또는 백금과 같은 귀금속으로 이루어진 도전성 입자 및 니켈 및 금으로 코팅된 유기 미립자가 예시되어 있다. 경화제로서 산무수물 및 페놀 수지, 적당한 촉매, 소포제 및 다른 필요한 첨가제를 갖는 에폭시 수지로 이루어진 열경화성 수지가 베이스 고분자를 형성한다. 높은 연화점의 아크릴레이트 및 실리콘 일래스토머의 입자들이 첨가된다. 도전성 입자의 중량은 충중량의 2-15%이며, 실시예의 대부분에서는 총중량의 단지 5%이다.

2005년 1월 4일 특허등록된 Khanna의 미국특허 6,838,022 B2는 열경화성 에폭시 수지와 블렌딩된 니켈과 같은 자성 도전성 입자를 포함하는 이방성 도전성 컴파운드를 개시한다. 이 컴파운드는 자기장하에서 열적으로 경화될 필요가 있다. UV 경화성 수지에 의한 예비밀봉(pre-sealing)이 필요하다. 이 개시된 절차는 실용적이지 않다.

2004년 12월 7일 특허등록된 Ishimatsu의 미국특허 6,827,880 B2는 과산화물로 경화된 비닐 에스테르 수지 화합물과 도전성 입자로 이루어진 이방성 도전성 접착제를 개시하는데, 이는 우수한 접착력 및 내환경성을 갖는 것으로 주장된다.

2004년 11월 2일 특허등록된 Kitamura의 미국특허 6,812,065 B1은 특정한 크기를 갖는 도전성 입자, 열경화성 에폭시 수지, 고무 입자 및 높은 연화점 고분자 입자로 이루어진 이방성 도전성 페이스트를 개시한다.

본 발명의 하나의 목적은 이방성 도전성 접착제, 이방성 도전성 필름 또는 시트로 응용하기 위하여 향상된 고분자 물질을 제공하는 것이다.

청구된 발명에 따르면, 이방성 도전성 물질의 조성물은 에폭시 수지, 경화제 및 촉매를 포함하는 베이스 수지 시스템; 및 상기 베이스 수지 시스템 중에 분산된 필라멘트상(filamentary) 니켈 분말을 포함하고, 상기 필라멘트상 니켈 분말은 특징적인 매우 미세한 분말들의 3차원의 체인상 네트웍을 갖는 것을 특징으로 한다. 다른 구현예에서, 상기 이방성 도전성 물질의 조성물은 소포제 및 요변성 시약(thixotropic reagent)을 더 포함한다.

필라멘트상 니켈 분말은 이방성 도전성 접착제, 필름 또는 시트 중에서 필수적인 도전성 성분으로서 작용한다. 필라멘트상 니켈 분말(2-50중량%)은 열경화성 에폭시 수지 중에 분산되어 있다. 그 결과 이방성 도전성 물질은 우수한 이방성 도전성을 나타낸다.

도전성 입자의 직경과 같은 필름 두께로 핫 프레스 되어야 할 필요가 있는 현재의 대부분의 상업적 이방성 도전성 필름과 달리, 본 발명은 최종 접착제 필름 두께가 도전성 입자의 직경 보다 몇 배 더 클 때에도 기능하는 이방성 도전성 접착제를 제공한다. 이 때문에, 이는 훨씬 넓은 작업창(operation window) 하에서도 이방성 도전성을 제공할 수 있다.

필라멘트상 니켈 분말은 0.2-0.5 마이크론 범위의 입자 크기를 갖는 작은 스파이크달린 구상 입자들(spiked spherical particles)의 응집체이다. 상기 응집체의 크기는 그들의 불규칙한 물리적 외형(physical contour) 때문에 측정하기 어렵지만, 대체로 10-50 마이크론 범위 내에 있는 것으로 판단된다.

베이스 수지 시스템은 에폭시 수지 또는 에폭시 수지들과 경화제(들) 및 촉매(들)로 이루어진 적당한 경화 시스템의 블렌드로 이루어진다. 산무수물(acid anhydride)은 이러한 응용 형태의 경우 매우 효과적인 경화제임이 밝혀졌다.

산무수물과 반응한 에폭시 수지는 우수한 내화학약품성 및 내열성을 갖는 것으로 밝혀졌다. 이는 또한 이의 느리지만 점진적인 반응 때문에 거의 모든 기판에 우수한 접착력을 갖는다. 테트라부틸 암모늄 브로마이드 또는 트리페닐 포스핀과 같은 3차 아민은 모두 에폭시 수지-산무수물 경화 시스템에 대한 우수한 촉매이다.

0.2-1.5% p-톨루엔 설폰산으로 촉매화된 몇몇 멜라민-포름알데히드 수지가 또한 이러한 용도에서 효과적인 경화 시스템이다. 테트라부틸 암모늄 브로마이드 또는 트리페닐 포스핀과 같은 3차 아민에 의하여 촉매화된 페놀 수지가 또한 효과가 있다. 동시에 경화제 및 촉매로서 기능할 수 있는 많은 이미다졸 화합물이 또한 효과적인 경화 시스템이다.

본 발명의 이들 및 다른 목적은 다양한 도면으로 도시된 바람직한 구현예에 대한 다음의 상세한 설명을 읽으면 당업자에게 의심할 여지 없이 자명하게 될 것이다.

본 발명은 두 전자 부품 또는 두 도전성 표면/평면을 함께 결합시키는데 응용될 수 있는 이방성 도전성 물질에 관한 것이다. 이 이방성 도전성 물질은 z 방향(또는 두께 방향)만으로는 전기가 통하도록 하지만, x 방향 및 y 방향으로는 통하지 않도록 한다(x 방향 및 y 방향은 함께 결합되는 기판 표면과 평행하고, 또한 z 방향은 기판 표면에 수직하다). 상기한 기준 x, y 및 z축 시스템 및 도전 평면들은 도 7에 도시되어 있다. 도 7에 도시된 바와 같이, 이방성 도전성 물질(명시적으로 도시되어 있지 않음)은 도전성 평면 A 및 도전성 평면 B의 사이에 범프(70)로 채워져 있다.

열경화성 에폭시 수지 중에 분산된 필라멘트상 니켈 분말이 이방성 도전성 물질 시스템의 기초를 형성한다. 이방성 도전성 필름(ACF), 이방성 도전성 접착제(ACA) 등과 같은 다양한 형태의 이방성 도전성 물질이 본 발명의 이 기초 조성물로부터 유도될 수 있다.

이 이방성 도전성 물질은 가공되어 두 전자 부품을 영구적으로 함께 결합할 수 있는 이방성 도전성 접착제(ACA)를 형성할 수 있다. 또는, 이는 일성분 잠재 경화 시스템(latent curing system)으로 배합될 수 있는데, 이는 이형제 라이너 상에 코팅된 후 건조되어 열경화성 이방성 도전성 필름(ACF)을 형성할 수 있다. 이 이방성 도전성 필름(ACF)이 열경화되면, 이는 이방성 도전성 시트(ACS)가 된다.

현재, TFT-LCD 산업에서 미세한 피치를 연결하기 위하여 이방성 도전성 접착제 필름을 사용하는 것은 꽤 일반적이다. 일반적으로, 이러한 목적으로 사용되는 가장 상업적으로 입수가능한 ACF 제품은 직경 2-5㎛의 도전성 입자들 및 잠재 경화 성 열경화성 에폭시 수지로 이루어진다. 도전성 입자는 전형적으로는 Ni/Au 오버코트를 갖는 고분자 구체(polymeric sphere) 또는 순수한 구상 니켈이다. 몇몇 경우에, 얇은 절연 고분자가 Ni/Au 오버코트 위에 코팅되어 다층 구상 구조체를 형성한다. Ni/Au 오버코트를 갖는 고분자 구체는 비싸다.

ACF가 적당하게 기능하기 위해서는, 도전성 입자들의 매우 균일한 입자 크기 분포의 요구조건은 매우 엄격하다. 보통, 입자 크기 변화는 일 마이크론의 십분의 몇 범위내이어야 한다. 그렇지 않으면, 도전성 입자의 비효율적 이용으로 연결되어 저도전성을 야기할 수 있을 것이다.

입자 크기 변화의 문제는 도 1에 도시되어 있다. 여기에서 다양한 크기의 도전성 입자들을 포함하는 ACF가 두 평행한 도전성 평면(10 및 20)의 사이에 샌드위치되어 있다. 이 도면에서 특별히 되시되어 있는 바와 같이, 작은 입자(2 및 4)는 두 도전성 평면을 연결하지 못하여, 감소된 전기 도전성을 야기한다.

게다가, 이들 비효율적이고 작은 입자는 기판 평면 방향(즉, 두께 방향에 수직한 방향)으로 전기를 더 통하게 하기 쉽지만, 이는 바람직하지 않다. 따라서, 도전성 입자들이 실질적으로 같은 크기를 갖도록 하여 이들이 기판 평면에 수직한 방향으로 전기를 통하게 할 수 있도록 하는 것이 중요하지만, 이는 달성하기 매우 어렵다.

위에서 논의된 입자 크기 분포 이외에, 입자 크기 자신은 이방성 도전성에서 더 중요한 역할을 한다. 이는 도 2에 도시된 바와 같이, 두 개의 평행한 도전성 평면(10 및 20) 사이에 샌드위치된 반경 2r(직경 4r)의 하나의 도전성 구상 입자를 이용함으로써 예시될 수 있다. 이 입자는 상부 및 하부 도전성 평면(10 및 20)과 두 개의 접촉점을 형성한다. 이 입자가 도 3에 도시된 바와 같이 반경 r의 8개의 작은 동일한 입자로 분할될 수 있다고 가정한다. 이 8개의 작은 입자는 합하면 2배의 반경을 갖는 하나의 큰 입자와 거의 동일한 부피를 갖지만, 두 개의 도전성 평면(10 및 20)과 16개의 접촉점을 형성한다.

도 3의 이들 8개의 작은 입자의 총부피는 도 2의 큰 입자의 그것과 동일하지만, 상기 작은 입자들이 도전성 평면과 더 많은 접촉점을 생성할 수 있다. 이는 상기 작은 입자들의 도전율이 상기 큰 입자의 그것의 8배일 수 있다는 것을 시사한다. 엄밀한 평가를 하면, 이것은 과장일 수 있다는 것을 나타내는데, 이는 입자의 곡률(curvature)을 고려하지 않았기 때문이다. 작은 곡률의 큰 입자는 도전성 평면과 더 큰 접촉 면적을 형성할 수 있을 것이다. 현실적으로, 도전율은 도전성 입자의 비표면적에 비례하고 입자 직경에 반비례할 것으로 예상된다. 이는 수학적으로 다음과 같이 표시될 수 있다:

G : 전기 도전율(electric conductivity)

As : 도전성 입자의 비표면적

D : 도전성 입자의 직경.

명백히, 작은 도전성 입자를 사용하면 도전율에 도움이 되지만, 이와 관련된 문제도 있다. 작은 입자는 도전성 평면 사이의 작은 갭을 의미한다. 이 갭이 일정 하게 유지될 수 있으면, 이는 문제가 되지 않을 것이다. 그러나, 실제 상황에서는, 일정한 갭은 달성하기 어렵다. 그러한 경우, 감소된 갭은 문제를 제기할 수 있다.

큰 입자가 아마도 어느 정도 큰 접촉면적을 가질 수 있다는 것을 고려한다고 해도, 더 수가 많은 작은 입자들은 여전히 도전성 평면과 이루는 더 많은 접촉점 때문에 전기를 더 잘 통하게 한다고 기대된다. 반면에, 이를 달성하기 위해서는 두 개의 도전성 평면 사이의 갭은 4r에서 2r로 감소되어야 한다.

그러나, 한 측면에서, 도 4에 도시된 바와 같이 두 연결된 기판 표면 (100 및 200) 사이에 불균일한 갭 분포가 존재하는 경우, 감소된 갭 거리는 문제일 수 있다. 도 4는 ITO 기판 또는 유리 기판과 같은 두 기판 표면(100 및 200), 상기 두 기판 표면 사이의 범프(101, 102, 103, 201, 202 및 203), 두 기판 표면(100 및 200)을 결합시키는 ACF(300) 및 ACF(300) 중에 분산된 도전성 구상 입자(302)를 도시한다.

도 4에 도시된 바와 같이, 도전성 구상 입자(302)는 중앙의 두 범프(102 및 202)를 전기적으로 연결하지 못하는데, 이는 두 범프(102 및 202) 사이의 비교적 큰 갭 때문이다. 두 범프(102 및 202)는 서로 연결하지 못하는데, 이는 범프(202)가 다른 것들보다 약간 낮아서 두 범프(102 및 202) 사이에 약간 큰 갭을 생성시키기 때문이다. 이러한 증가된 갭은 도전성 입자들과 도전성 평면(100 및 200) 사이에 우수한 접촉을 갖는 것을 불가능하게 하여, 실패한 전기 도전율을 낳는다. 따라서, 작은 도전성 입자를 사용하는 것은 도전율을 증가시킬 수 있지만, 이는 또한 도전 실패의 가능성을 높인다.

입자 크기를 감소시키는 것은 도전율을 증가시키지만, 두 범프 사이의 도전 또는 연결 실패의 가능성을 높인다고 결론을 내릴 수 있다.

본 발명의 바람직한 일 구현예에 따르면, 이방성 도전물질의 하나의 주성분인 통상적인 구상 도전성 입자를 대체하기 위하여 필라멘트상 분말이 사용되며, 이는 상기한 문제들을 해결할 수 있다. 본 발명의 바람직한 일 구현예에 따르면, 2-50 중량%의 필라멘트상 분말이 열경화성 에폭시 수지 중에 분산되어 있다. 그 결과 이방성 도전물질은 향상된 이방성 도전율을 나타낸다.

본 발명에 따르면, 상기 필라멘트상 분말은 매우 미세한 입자들의 특징적인 3차원의 체인상 네트웍을 갖는다. 더욱 구체적으로는, 상기 필라멘트상 분말은 융합된 형식(fused fashion)으로 미립자의 필라멘트상 응집체로 이루어져 있다. 미립자들의 각각은 스파이크 달린 구상 구조(spiked, spherical structure) 및 0.2-0.5㎛ 범위의 매우 작은 입자 크기를 갖는다.

상기 응집체의 크기는 그들의 불규칙한 물리적 외형 때문에 측정하기 어렵지만, 대체로 10-50 마이크론 범위 내에 있는 것으로 판단된다. 필라멘트상 분말의 바람직한 예는, 이에 한정되지 않지만, Inco

니켈 분말 타입 210, 210H, 240 및 255를 포함한다.

도 5는 상기 필라멘트상 니켈 분말의 하나의 단일 필라멘트상 응집체 단위(400)를 나타내는 모식도이다. 필라멘트상 응집체 단위(400)는 융합된 미립자(402)들(일차 입자)로 이루어져 있다. 미립자(402)들의 각각은 일 마이크론의 십분의 몇의 크기를 갖는다. 필라멘트상 응집체 단위(400)(또는 이차 입자)는 수 마 이크론 보다 큰 크기를 갖는다. 다공성 구조는 핫 프레스로부터의 압력을 받을 경우 부서지고 변형될 수 있어서, 도전성 평면들과 우수한 접촉을 생성할 수 있다. 이는 우수한 전기 도전율 및 낮아진 전기 저항을 낳는다.

도전성 입자의 직경과 같은 필름 두께로 핫 프레스 되어야 할 필요가 있는 현재의 상업적 이방성 도전 필름과 달리, 본 발명은 최종 필름 두께가 5 마이크론 보다 큰 경우에도 기능하는 이방성 도전성 접착제 또는 필름을 제공한다. 이 때문에, 이는 훨씬 넓은 작업창 하에서도 이방성 도전성을 제공할 수 있다.

앞에서 언급했던 것처럼, 상기 필라멘트상 니켈 분말은 많은 작은 니켈 일차입자들의 융합(fusion)에 의하여 형성된 3차원 체인과 유사한 구조를 갖는다. 일차 니켈 입자들은 0.2 내지 0.5㎛ 범위의 직경을 갖는 스파이크 달린 구로 볼 수 있다. 이들은 함께 융합되어 물리적으로 파쇄되지 않는 이차 구조의 응집체(분말)을 형성하며, 이 응집체는 형상 및 크기 면에서 불규칙하다. 이들 필라멘트상 니켈 분말(또는 응집체)는 본래 다공성이어서, 압축력하에서 압축될 수 있다.

이 압축성(compressibility)이 이를 다른 타입의 도전성 입자, 즉 다양한 타입의 도전성 구상 입자와 구별되게 하는 주요 인자이다. 비록 금속으로 코팅된 고분자 도전성 구체의 많은 것이 역시 어느 정도의 압축성을 갖지만, 이들은 결코 필라멘트상 니켈 분말과 같이 압축되지 않는다.

필라멘트상 니켈 분말의 압축성은 부풀려진 팝콘의 그것과 유사하다. 필라멘트상 니켈 분말은 압력하에서 쉽게 압축되고 변형될 수 있어서 도전성 평면(10 및 20)과 우수한 접촉을 형성함으로써 우수한 전기 도전율을 낳는다. 이러한 현상을 도시한 모식도가 도 8에 나타나있다. 도 8은 또한 ACF(300) 중에 분산되어 있는 이들 필라멘트상 니켈 분말(400)의 원래의 형상 및 크기의 변동성은 이들 분말(400)이 압축되고 변형되어 갭에 맞출 수 있기 때문에 중요한 이슈가 되지 않는다는 것을 나타낸다.

필라멘트상 니켈 분말이 우수한 이방성 도전성 입자가 되기 위한 제2 인자가 또한 있다, 즉 그들의 상대적으로 작은 일차 입자이다. 필라멘트상 니켈 분말의 일차 입자는 상대적으로 작기 때문에(전통적인 도전성 구체의 입자 직경 2-5㎛에 대하여 0.2-0.5㎛), 필라멘트상 니켈 분말의 비표면적은 전통적인 도전성 구체의 그것의 약 10배가 될 것이다. 이는 필라멘트상 니켈 분말의 경우 전기 도전율의 10배 증가를 의미한다.

게다가, 필라멘트상 니켈 분말은 또한 용이하게 입수할 수 있으며 비교적 값싼 상업적 제품이다. 상업적으로 입수할 수 있는 필라멘트상 니켈 분말의 예는 Inco

타입 210, 210H, 240 및 255과 같은 것이다.

본 발명은 종래 기술의 문제점들을 해결하고자 필라멘트상 니켈 분말을 이용한다. 필라멘트상 니켈 분말을 이용함으로써, 본 발명의 이방성 도전성 접착제, 이방성 도전성 필름 또는 이방성 도전성 시트는 매우 작은 갭을 갖는 두 기판 표면의 결합에 이용될 수 있으며 큰 이방성 도전율을 제공할 수 있다.

왜 이것이 효과가 있는지의 이유는 도 6에 설명되어 있다. 여기에서, 여덟 개의 미세 일차 입자가 이층 필라멘트상 응집체 단위(600)를 형성한다. 이 경우, 이론적으로, 각 이차 입자는 도전성 평면과 4개의 접촉점을 형성할 수 있다. 이는 갭 거리의 변화없이(도 2에서와 같이 갭 거리는 4r) 4배의 도전율 증가를 낳는다.

앞에서 언급한 것처럼, 전기 도전율은 입자 표면적에 비례하고 또는 입자 직경에 반비례한다. 왜냐하면, 큰 표면적은 도전성 평면과의 큰 접촉 확율을 의미하기 때문이다.

따라서 큰 표면적의 작은 일차 입자를 이용하면 전기 도전율이 향상된다. 그러나 도전성 기판 사이의 유효 갭 거리(effective gap distance)는 필라멘트상 응집체 단위 또는 이차 입자의 크기에 의해서만 영향을 받는다. 많은 작은 일차 입자의 큰 응집체를 갖는다는 것은 매우 작은 연결된 기판 갭을 가질 필요없이 큰 이방성 도전율이 달성될 수 있다는 것을 의미한다.

본 발명에 따르면, 열경화성 에폭시 수지는 에폭시 수지 또는 에폭시 수지들과 경화제(들) 및 촉매(들)로 이루어진 적당한 경화 시스템의 블렌드로 이루어진다. 산무수물은 이러한 응용 형태의 경우 매우 효과적인 경화제임이 밝혀졌다. 산무수물과 반응한 에폭시 수지는 우수한 내화학약품성 및 내열성을 갖는 것으로 밝혀졌다. 이는 또한 이의 느리지만 점진적인 반응 때문에 거의 모든 기판에 우수한 접착력을 갖는다.

테트라부틸 암모늄 브로마이드 또는 트리페닐 포스핀과 같은 3차 아민은 모두 에폭시 수지-산무수물 경화 시스템에 대한 우수한 촉매이다. 0.2-1.5% p-톨루엔 설폰산으로 촉매화된 몇몇 멜라민-포름알데히드 수지가 또한 이러한 용도에서 효과적인 경화 시스템이다. 테트라부틸 암모늄 브로마이드 또는 트리페닐 포스핀과 같은 3차 아민에 의하여 촉매화된 페놀 수지가 또한 매우 훌륭하게 작동한다. 동시에 경화제 및 촉매로서 기능할 수 있는 많은 이미다졸 화합물이 또한 효과적인 경화 시스템이다.

다른 이방성 도전성 물질 중에서, 이방성 도전성 시트(ACS)는 제조하는 것은 가장 어렵지만 개념상 가장 간단하다. 이는 시험용으로 전기 회로 기판에 IC 칩을 연결하는 것과 같이 보통 일시적인 전기적 연결을 하기 위하여 사용된다.

본 발명의 바람직한 일 구현예에 따르면, 이방성 도전성 물질 조성물은 열경화성 에폭시 수지 중에 분산된 Inco

니켈 분말 타입 210, 210H, 240 및 255와 같은 필라멘트상 니켈 분말을 포함한다.

필라멘트상 니켈 분말의 함량은 상기 혼합물 중량을 기준으로 2-50%이다. 열경화성 에폭시 수지 시스템은 주로 에폭시 수지(들), 경화제(들) 및 적당한 촉매(들)로 구성된다. 소포제(들), 요변성 시약(들)과 같은 다른 적당한 첨가제가 필요한 경우 열경화성 에폭시 수지 시스템에 첨가될 수 있다.

에폭시 수지(들)은 비스페놀-A, 비스페놀-F, 페놀, 노볼락 또는 임의의 다른 변성 에폭시 수지일 수 있다. CVC Specialty Chemicals Hypox DA-323 (에폭시화 비스페놀 A 수지에 부가된 이량체 산(dimer acid)), Dow Chemicals XZ92466.00 또는 XZ92465.00와 같은 유연성 에폭시 수지가 모두 우수한 접착력에 기여하는 것으로 밝혀졌으므로 본 발명의 실시예에서 바람직하게 사용된다.

에폭시 수지용의 다양한 경화제 중에서, 산무수물이 특히 유용하다. 이들의 에폭시 수지와의 느린 반응이 좋은 접착력에 기여한다. 메틸 테트라하이드로프탈릭 안하이드라이드, 메틸 헥사하이드로프탈릭 안하이드라이드, 헥사하이드로프탈릭 안 하이드라이드, 숙시닉 안하이드라이드 등과 같은 통상의 산무수물들이 모두 유용한 것으로 밝혀졌다.

숙시닉 안하이드라이드는 분자의 유연한 특성 때문에 우수한 접착력에 기여하는 경향이 있으므로 본 발명의 실시예에서 바람직하게 사용된다. 산무수물과 에폭시 수지를 경화하는데 효과적인 것으로 밝혀진 촉매는 테트라부틸 암모늄 브로마이드(TBAB) 또는 트리페닐 포스핀과 같은 3차 아민을 포함한다.

표 1은 필라멘트상 니켈 분말 및 산무수물에 의하여 경화된 에폭시 수지를 이용하는 2성분 이방성 도전성 접착제의 4개의 실시예를 나타낸다. 이들 실시예는 본 발명의 기본 개념을 설명하기 위하여 여기에 예시되며, 이들은 결코 본 발명을 한정하는 것을 의미하지 않는다. 성분 1-7은 칭량되고, 혼합되고 3-롤 밀에 의하여 밀링된다. 성분 8-9는 밀링된 성분 1-7에 첨가되며 이후 고속 교반기에 의하여 분산된다. 성분 10-11은 산무수물 경화제이며, 이는 이용하기 직전에 첨가된다.

[표 1]

번호	성분	실시예 1	실시예 2	실시예 3	실시예 4
1	에폭시 수지 DA-323*	100.0	100.0	100.0	100.0
2	디프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 (DPM)	35.0	35.0	35.0	35.0
3	소포제: TSA-750S **	2.5	2.5	2.5	2.5
4	트리페닐 포스핀	0.6	0.6	0.0	0.0
5	테트라 부틸 암모늄 브로마이드(TBAB)	0.0	0.0	0.6	0.6
6	Fumed Silica Aerosil R974	3.5	3.5	3.5	3.5
7	Fumed Silica Aerosil A380	3.5	3.5	3.5	3.5
합계		145.0	145.0	145.0	145.0
성분 1-7은 칭량되고, 혼합되고 3-롤 밀에 의하여 밀링된다.
8	필라멘트상 니켈 분말: Inco Type 210	25.0	25.0	25.0	25.0
9	디프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 (DPM)	15.0	15.0	15.0	15.0
합계		185.0	185.0	185.0	185.0
성분 8-9는 밀링된 성분 1-7에 첨가되며 이후 고속 교반기에 의하여 분산된다.
10	도데실 숙시닉 안하이드라이드(DDSA)	25.0	0.0	25.0	0.0
11	메틸 헥사하이드로프탈릭 안하이드라이드(MHHPA)	0.0	20.0	0.0	20.0
합계		210.0	205.0	210.0	205.0
성분 10-11은 산무수물 경화제이다. 이들은 이용하기 직전에 첨가된다.
모두 100 중량부 당 중량부(phr)이다 * 에폭시화 비스페놀 A 수지에 부가된 이량체 산: CVC Specialty Chemicals. ** 실리콘계 소포제: GE-Toshiba

산무수물 이외에, 멜라민-포름알데히드 수지, 페놀 수지, 이미다졸 등과 같은 다른 에폭시 수지 경화제가 상기 조성물 이방성 접착제에 성공적으로 사용되었다. 멜라민-포름알데히드 수지는 우수한 저장 안정성 때문에 일성분 잠재 경화제 시스템(one-pot latent curing system)의 배합에 특히 유용하다.

이의 예는 표 2에 예시된 실시예 5-6에서 발견할 수 있는데, 여기서 톨루엔 술폰산은 또한 별도로 저장되지만 실제 사용 직전에 다른 성분들과 혼합될 수 있는 촉매이다. 저장 안정성이 향상될 수 있다. 성분 1-6은 칭량되고, 혼합되고 3-롤 밀에 의하여 밀링된다. 성분 7-10은 성분 1-6의 밀링된 베이스에 첨가되며 이후 고속 교반기에 의하여 분산된다.

[표 2]

번호	성분	실시예 5	실시예 6
1	에폭시 수지 DA-323*	100.0	30.0
2	Dow Epoxy Resin XZ92465.00	0.0	70.0
3	디프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 (DPM)	35.0	10.0
4	소포제: TSA-750S **	2.0	2.0
5	Fumed Silica Aerosil R974	3.0	3.0
6	Fumed Silica Aerosil A380	3.0	3.0
합계		143.0	118.0
성분 1-6은 칭량되고, 혼합되고 3-롤 밀에 의하여 밀링된다.
7	필라멘트상 니켈 분말: Inco Type 210	10.0	10.0
8	디프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 (DPM)	5.0	5.0
9	멜라민-포름알데히드 수지 Cymel-1158 ***	25.0	45.0
10	톨루엔 술폰산****	1.0	1.0
합계		184.0	179.0
성분 7-10은 성분 1-6의 밀링된 베이스에 첨가되며 이후 고속 교반기에 의하여 분산된다.
모두 100 중량부 당 중량부(phr)이다 * 에폭시화 비스페놀 A 수지에 부가된 이량체 산: CVC Specialty Chemicals. 실리콘계 소포제: GE-Toshiba * n-부틸화 고아미노수지: Cytec Industries **** 톨루엔 술폰산은 촉매이다. 이는 별도로 저장되지만 실제 사용 직전에 다른 성분들과 혼합될 수 있는 촉매이다. 저장 안정성이 향상될 수 있다.

당업자라면 본 발명의 교시내용을 유지하면서도 상기 조성물 및 방법의 많은 개량 및 변경이 이루어질 수 있음을 알 것이다.

도 1은 두 도전성 평면 사이에 샌드위치된 이방성 도전성 필름의 다양한 크기의 도전성 구상 입자를 도시한다.

도 2는 두 도전성 평면 사이에 샌드위치된 이방성 도전성 필름의 반경 2r의 하나의 도전성 입자를 도시하는데, 상기 이방성 도전성 필름의 두께는 4r이다.

도 3은 두 도전성 평면 사이에서 분산되고 샌드위치된 반경 r의 여덟 개의 작은 도전성 구상 입자를 도시하는데, 상기 두 도전성 평면 사이의 거리는 2r이다.

도 4는 두 기판 표면, 상기 두 기판 표면 사이의 범프, ACF 및 상기 ACF 중에 분산된 도전성 구상 입자를 도시한다.

도 5는 본 발명에 따른 필라멘트상 니켈 분말의 하나의 필라멘트상 응집체 단위를 나타내는 모식도이다.

도 6은 두 도전성 평면 사이의 여덟 개의 미세 일차 입자를 포함하는 이층 필라멘트상 응집체 단위를 도시한다.

도 7은 기준 x, y, z 축 시스템 및 도전성 평면을 도시한다.

도 8은 본 발명에 의하여 제공되는 이방성 도전성 물질의 압축을 도시하는데, 여기서 필라멘트상 도전성 니켈 분말의 입자 크기 및 형상의 불규칙성에도 불구하고 우수한 전기적 접촉이 형성될 수 있다.

Claims

이방성 도전성 물질의 조성물로서,

베이스 수지 시스템; 및

상기 베이스 수지 시스템 중에 분산된 도전성 필라멘트상 분말을 포함하고,

상기 필라멘트상 분말은 복수 개의 초미세 일차 입자의 융합에 의하여 형성된 특징적인 3차원의 체인상 네트웍 구조(three-dimensional, chain-like network structure)를 갖는 것을 특징으로 하는 이방성 도전성 물질의 조성물.
제1항에 있어서, 상기 도전성 필라멘트상 분말은 필라멘트상 니켈 분말인 것을 특징으로 하는 이방성 도전성 물질의 조성물.
제1항에 있어서, 상기 초미세 일차 입자는 0.2-0.5㎛ 범위의 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 이방성 도전성 물질의 조성물.
제1항에 있어서, 상기 초미세 일차 입자는 2 내지 50%의 중량 백분율을 갖는 것을 특징으로 하는 이방성 도전성 물질의 조성물.
제1항에 있어서, 상기 베이스 수지 시스템은 비스페놀-A, 비스페놀-F, 페놀(phenolic), 노볼락, 변성 에폭시 수지, 유연성 에폭시 수지 및 비스페놀 A 에폭 시 수지에 부가된 이량체 산(dimer acid)으로 이루어진 군에서 선택된 에폭시 수지 또는 에폭시 수지의 블렌드를 포함하는 열경화성 에폭시 수지 시스템인 것을 특징으로 하는 이방성 도전성 물질의 조성물.
제1항에 있어서, 산무수물, 멜라민 포름알데히드 수지, 이미다졸, 및 변성 아민으로 이루어진 군에서 선택된 경화제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이방성 도전성 물질의 조성물.
제1항에 있어서, 촉매, 소포제, 및 요변성 시약(thixotropic reagent)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이방성 도전성 물질의 조성물.