KR20150013703A - 3차원 전기 전도성 접착 필름 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 접착제 화합물의 층 뿐만 아니라 접착제 화합물에 첨가된 전도성 입자들을 포함하는 접착 필름으로서, 전도성 입자들 중 일부가 섬유상이며, 입자들 중 일부가 수지상 구조 형태인 것을 특징으로 하는 접착 필름에 관한 것이다.

Description

3차원 전기 전도성 접착 필름{THREE-DIMENSIONAL ELECTRICALLY CONDUCTIVE ADHESIVE FILM}
본 발명에는 3차원으로 전기 전도성이고 두 개의 물품들의 영구 접착 접합(permanent adhesive bonding)을 위해 의도된 접착 필름이 기술된다.
전자 부품들이 점점 작아지게 되고, 이러한 부품들의 가공의 어려움이 상응하게 증가함을 고려하여 볼 때에, 이러한 부품들의 납땜은 흔히 더 이상 용이하고 저렴하게 가능하지 않다. 결과적으로, 전기 전도성 접착제 층을 이용하여 전기 부품 및 전자 부품의 접착 접합(adhesive bonding)의 중요성이 증가되고 있다. 이러한 목적을 위하여, 전도성 안료들, 예를 들어 카본 블랙, 금속 분말들, 이온성 화합물들, 등이 접착제에서 사용되고 있다. 시장에는 단지 z-방향으로, 다시 말해서 접착 테이프를 관통하여, 또는 z- 및 x- 및 y-방향 중 두 방향 모두로, 다시 말해서, 접착 테이프의 평면으로 전도하는 소정 범위의 접착 테이프들이 존재한다. 이러한 전도도를 달성하기 위한 일련의 상이한 가능성들이 존재한다.
하나의 가능성은 전도성 후면(conductive backing)을 사용하는 것인데, 이는 비록 접착 테이프가 전체적으로 또한 x,y-방향으로 전도하지만, 접착제가 단지 z-방향으로 전도하는 것이 요구됨을 의미한다. 전류는 접착제를 관통하여 후면으로 전도되고, 이후에 x,y-방향으로 분포되고 다시 z-방향으로 접착제를 관통하여 표면으로 전도된다.
후면이 없는, 다시 말해서 접착 전사 테이프로서 알려진 테이프에서 x,y-방향으로의 전도도를 얻는 것이 더욱 어렵다.
특정 분야들, 특히 전자기기 산업 분야에서, 얇은 접착 테이프들로 매우 높은 접합 강도를 달성하는 것이 필수적이다. 이러한 시나리오(scenario)에서, 예를 들어 가요성 전도체 트랙의 접합에서, 임의의 후면이 우수한 접합 강도를 위해 접착제 층을 너무 얇게 만들기 때문에, 결과적으로 후면처리되지 않은 접착 테이프를 사용하는 것이 일반적이다. 이러한 적용에서, 접착 테이프들이 또한 부품들의 땜납 접촉의 경우에 최대 288℃와 같은 매우 높은 온도로 처리되는 것을 고려하여 볼 때에, 또한, 심지어 용융 없이 사용될 수 있는 단지 소수의 후면들이 존재한다.
단지 z-방향으로 전도하는 접착 전사 테이프의 예들은 문헌으로부터 공지되어 있다. 예를 들어, US 3,475,213호에는 전부 전도성 금속으로 이루어지거나 전기 전도성 금속층으로 코팅된 통계학적으로 분포된 구형 입자들이 기재되어 있다. 이러한 입자들은 접착제 층들 보다 다소 작다. US 4,113,981호에는 접착 테이프의 두께와 대략적으로 동일한 크기를 갖는 전기 전도성의 구형 입자들로서, 이러한 입자들이 접착제에 30 부피% 이하의 비율로 존재하는 전기 전도성의 구형 입자들을 함유한 접착 테이프들이 기재되어 있다. 다른 특별한 구체예들 및 적용예들은 예를 들어 US 4,606,962호 또는 US 5,300,340호에 기재되어 있다. 또한, x-방향 및 y-방향에서 전도도를 얻기 위해 구형 입자들을 사용할 때에, 또한 매우 많은 양의 입자들을 사용하는 것이 필수적인데, 왜냐하면 이러한 입자들이 서로 접촉해야 하기 때문이다.
기재된 이러한 접착 테이프들 모두는 자가-접착제 또는 열-활성 가능한 아크릴레이트 접착제들을 기반으로 한 것으로서, 이는 감압 접착제이고, 결과적으로, 여러 적용들에 의해 요구되는 강도로 두 개의 기재들을 연결시키지 못할 수 있다. 특히, 인장 강도, 전단, 또는 비틀림 하중(torsional loading)을 겪은 접합들은 짧은 시간 후에 탈착의 징후를 나타낸다.
최대 30 부피% 정도의 전기 전도성 입자들의 첨가는 이러한 감압 접착제들의 이미 일반적으로 낮은 접합 강도의 추가 저하를 나타낸다. 접합 강도들은 기계적으로 응력이 가해지는 전자기기 접촉(mechanically stressed electronic contact)에 대한 영구 접합을 확보하는데 충분치 않다.
입자들이 표면으로부터 특정 정도로 돌출하기 때문에, 특히 높은 전도도를 요구하는 경우에, 입자들은 접착제와 접합될 기재 사이의 스페이서(spacer)로서 제공되고, 이에 의해 접합 성능을 추가로 떨어뜨린다.
기재된 공정들은 접합들이 깨질 수 있어서, 이에 의해 템퍼링(tampering)을 해야하는 추가 단점을 갖는다.
특히, 가요성 전도체 트랙과 같은 가요성 부품들은 높은 굴곡 응력(flexural stress)을 받고, 특히 접착 불량되기 쉽다.
DE 199 12 628 A호에는 고온 조건 하에서 가교를 제공하는 에폭시 수지들 및 점착부여 수지들과 배합되는 열가소성 폴리머를 기반으로 한 접착 테이프가 기재되어 있다. 언급된 전도성 입자들은 오로지 은 입자들, 또는 은처리된 유리 비드들이다. 그러나, 기재된 이러한 접착 테이프는 단지 z-방향, 즉 접착제 층에 대해 수직으로 전도도를 갖는다.
3차원에서 전도성인 접착 시트는 구형 입자들을 사용하여 달성하기 매우 어려운데, 왜냐하면 이러한 입자들이 서로 접촉하는 것으로 필요로 하다는 것을 고려하여 평면에서 전도도를 달성하기 위하여, 매우 많은 양의 입자들이 필요하기 때문이다. 전기 전도성 입자들로의 이러한 높은 충전도로 인하여, 접합 강도는 현저하게 악화된다.
이에 따라, 구형 입자들 대신에, 수지상 입자들이 종종 사용되어, 제공된 부피에 대해 훨씬 큰 표면적을 지니고 이에 따라 보다 소량의 전기 전도성 입자에 대해 전도도를 달성하는 가능성을 제공한다. 그러나, 특히 용액으로부터 형성되는 경우에, 이러한 경우에 접착제들의 표면은 매우 거친데, 왜냐하면, 덴드라이트(dendrite)의 개별적인 "암렛(armlet)"들이 접착제로부터 돌출하며, 구형 입자들과는 달리, 수지상 입자들이 모두 정확하게 동일한 크기를 지니지 못할 수 있기 때문이다. 이는 접착제의 라미네이션 능력을 크게 제한한다.
이에 따라, 본 발명의 목적은 종래 기술의 단점들을 해결하고, 양호한 라미네이션 능력 및 높은 접합 강도를 가지면서, 두 개의 접착물(adherend)의 영구 접착 접합을 위한, 3차원적으로 전기 전도성인 후면처리되지 않은 접착 테이프(unbacked adhesive tape)를 개발하기 위한 것이다.
이러한 목적은 특허청구범위에서 더욱 면밀하게 특징되는 바와 같은 접착 시트에 의해 달성된다.
이에 따라, 본 발명은 접착제 층 및 또한 접착제와 혼합된 전도성 입자들을 포함하는 접착 시트로서, 전도성 입자들 중 일부가 섬유상이며 입자들 중 일부가 수지상 구조들의 형태인 접착 시트에 관한 것이다. 이러한 시트는 바람직하게, 접착 전사 시트, 다시 말해서 단일층의 후면처리되지 않은 접착 시트로서, 이는 입자-함유 접착제 층으로 이루어진 것이다.
사용되는 접착제들은 바람직하게 가교 가능한 접착제들, 보다 특히 바람직하게 열에 노출 시에 가교하는 접착제들이다.
이에 따라, 본 발명에 따르면, 열-활성 가능한, 열 가교하는 접착 시트이다.
접착제
본 발명의 접착 시트는 본 발명에 따라 사용되는 전도성 입자들을, 바람직하게 균일한 분포로 혼입한 접착 매트릭스(adhesive matrix)를 포함한다.
사용될 수 있는 접착제들의 예는 본래 알려진 조성의 감압 접착제들을 포함한다. 그러나, 본 발명에 따라 매우 유리한 접착 시트들은 열활성 접합 가능한 접착제로 이루어진 매트릭스를 지닌다. 열활성 접합 가능한 접착제들(또한 문헌에서 그리고 본 명세서의 문맥에서 "열-활성 가능한 접착제" 및 "열적으로 활성 가능한 접착제"로서 언급됨)은 일반적으로 실온에서, 자가-접착 성질이 떨어지거나 단지 약한 자가-접착성을 갖지만, 일부 경우에서 이미 현저한 고유 점착성을 가질 수 있다. 그러나, 적용을 위해 요망되는 접착 품질은 오로지 적용 후에 열 에너지의 공급에 의해 활성화된다. 이후에, 냉각은 접착 접합을 일으켜서, 요망되는 접합 강도를 야기시킨다.
본 명세서의 목적을 위한 열-활성 가능한 (접착) 시트 또는 열-활성 가능한 (접착) 테이프는 양면 접착 시트들, 또는 열활성 접합 가능한 접착제에 의해 접착제 층이 실현되는 접착 테이프들이다. 심지어 접합될 기재에 적용되기 전에도, 열-활성 가능한 시트들 및 테이프들은 2차원 디자인을 가지고, 원칙적으로 단일층(접착 전사 테이프로서 알려짐) 또는 다층 시스템일 수 있으며, 후자의 경우에는 후면 또는 캐리어 층(들)을 가지거나 가지지 않는다. 본 발명의 전도성 접착 시트들은 단일층이고 후면처리되지 않는다.
사용하기 위하여, 열-활성 가능한 시트들 또는 테이프들은 예를 들어 실온에서 또는 상승된 온도에서, 접합될 기재에 적용되거나 접합될 기재들 사이에 도입된다. 적용 이후에, 최종 접착 접합을 일으키기 위하여 활성화된다.
본 발명의 접착 시트를 위한 매트릭스로서 또한 적합한 이러한 부류의 열-활성 가능한 접착제들은 기본적으로 두 개의 카테고리로, 즉 열가소성 열-활성 가능한 접착제 및 반응성 열-활성 가능한 접착제로 구별될 수 있다.
a) 열가소성 열-활성 가능한 접착제
이러한 접착제들은 실온에서, 자가-접착 성질들이 부족하거나 약한 자가-접착성을 나타낸다. 이러한 접착제는 단지 열에 의해 활성화되고, 동시에 자가-접착성을 나타낸다. 이는 접착제의 측면에서 상응하게 높은 유리전이온도가 원인이 되는데, 이는 일반적으로 수십 내지 100℃인 충분한 점착성을 달성하기 위한 활성화 온도가 실온 보다 높다는 것을 의미한다. 접착 효과는 자가-접착 성질들로 인하여, 심지어 조성물이 경화되기 전에도 일어난다. 접합 파트너(bond partner)들을 연결한 후에, 냉각 과정에서, 열가소성, 열-활성 가능한 접착제는 고형화와 함께 물리적으로(접착 조성물로서 적합한 열가소성 재료를 사용 시에, 일반적으로 가역적 접합을 형성시킴), 아마도 또한 화학적으로(접착 조성물로서 적합한 열가소성 반응성 재료를 사용할 때, 일반적으로 비가역적 접합을 형성시킴) 경화하며, 이에 따라 접합 효과가 실제 접합 강도를 나타내는 냉각된 상태에서 유지되도록 한다.
접착 접합을 위해 이용되는 열량, 압력 및 시간이 클수록, 일반적으로 접합될 두 개의 재료들의 연결이 더욱 강력하다. 이는, 기술적으로 용이한 가공 조건들 하에서 최대 어셈블리 강도(assembly strength)를 실현시키는 것이 통상적으로 가능하다는 것을 의미한다.
열가소성 수지는 문헌[Roempp (온라인 버젼; 2008 edition, 문헌 코드 RD-20-01271)]에서 정의된 부류의 화합물들이다.
b) 반응성 열-활성 가능한 접착제
이러한 표제(rubric)는 열의 공급 시에 화학적 경화를 일으키고 이에 따라 접착 효과를 나타내는 접착제와 화학 반응을 일으키는 작용기들을 갖는 부류의 폴리머 시스템들을 포함한다. 반응성 열-활성 가능한 접착제들은 일반적으로 열의 공급 시에 자가-접착성을 나타내지 않으며, 이에 따라, 접착 효과는 단지 경화가 일어난 후에 확보된다. 여러 경우에서, 반응성 열-활성 가능한 접착제들은 열가소성 수지가 아니고, 대신 엘라스토머/반응성 수지 시스템에 의해 실현된다(그러나, 열가소성-반응성 재료들을 이용한 열-활성 가능한 필름과 비교함, 상기 참조).
유리전이온도는 반응성 시스템들의 작용성에 대하여 중요하지 않다.
접착제들은 원칙적으로 성질들을 미세-조정할 목적으로 일반적으로 혼합되는 추가 성분들(예를 들어, 수지(점착부여 수지 및/또는 반응성 수지), 가소제, 등), 및 혼합될 접착제의 성질에 바람직하게 영향을 미치는 추가 첨가제들의 임의적인 가능성(예를 들어, 충전제, 예를 들어, 또는 본 발명에서 관련된 전도성 입자들)과, (간단히 베이스 폴리머(base polymer)로 지칭되는, 베이스 폴리머 성분의) 하나 이상의 폴리머들로부터 구성된다.
본 발명의 접착제들, 특히 반응성 열-활성 가능한 접착제들을 위한 베이스 폴리머로서 사용될 수 있는 적합한 엘라스토머들은 바람직하게, 폴리올레핀, 예를 들어 폴리-알파-올레핀, 폴리이소부틸렌, 폴리이소프렌, 폴리부타디엔, 또는 비정질 폴리프로필렌, 니트릴 고무, 폴리클로로프렌, 폴리에틸렌-비닐 아세테이트, 폴리에틸렌-비닐 알코올, 스티렌-부타디엔 고무, 폴리에스테르, 폴리우레탄 및/또는 폴리아미드를 포함하는 군으로부터 선택될 수 있다. 니트릴 고무를 사용하는 것이 특히 바람직하다.
열가소성 폴리우레탄(TPU)이 폴리우레탄의 군으로부터 특히 적합한데, 이는 폴리에스테롤 또는 폴리에테롤 및 유기 디이소시아네이트의 반응 생성물로서 알려진 것이다. 이러한 재료들은 열가소성 수지로서 및 또한 열가소성-반응성 열-활성 가능한 시스템으로서 사용될 수 있다.
기술된 폴리머들은 각각 단독으로 및 (하나 이상의 추가 폴리머들과의) 혼합물로 사용될 수 있다.
특히, 열가소성-반응성 열-활성 가능한 접착 시트들 및 반응성 열-활성 가능한 접착 시트들(즉, 엘라스토머를 기반으로 한 시트들)에 대하여, 베이스 폴리머는 하나 이상의 반응성 수지들과 혼합된다. 열-활성 가능한 접착제의 비율로서 수지들의 분율은 베이스 폴리머와 반응성 수지의 혼합물(전도성 입자가 첨가되지 않음)의 질량을 기준으로 하여, 바람직하게 30 내지 75 중량%이다.
반응성 수지로서, 본 발명에 따르면, 바람직하게 하기에 나열된 수지들을 포함하는, 하기 군으로부터 하나 이상의 수지들을 서로 독립적으로 선택하는 것이 가능하다:
- 에폭시 수지들; 유리하게 100 g/mol 내지 최대 10,000 g/mol의 평균분자량 Mw (중량평균)을 갖는 에폭시 수지들. 사용될 수 있는 분자량 상한 범위에서의 반응성 수지들은 예를 들어, 폴리머 에폭시 수지들을 포함한다.
유리하게 사용될 수 있는 에폭시 수지들은 예를 들어, 비스페놀 A와 에피클로로하이드린의 반응 생성물, 에피클로로하이드린, 글리시딜 에스테르, 에피클로로하이드린과 p-아미노페놀의 반응 생성물을 포함한다.
바람직한 상업적 예들에는 예를 들어 Ciba Geigy로부터의 AralditeTM 6010, CY-281TM, ECNTM 1273, ECNTM 1280, MY 720, RD-2, Dow Chemical로부터의 DERTM 331, DERTM 732, DERTM 736, DENTM 432, DENTM 438, DENTM 485, Shell Chemical로부터의 EponTM 812, 825, 826, 828, 830, 834, 836, 871, 872, 1001, 1004, 1031, 등, 및 마찬가지로 Shell Chemical로부터의 HPTTM 1071, HPTTM 1079가 있다.
상업적 지방족 에폭시 수지들의 예에는 예를 들어 비닐사이클로헥산 디옥사이드, 예를 들어 Union Carbide Corp.로부터의 ERL-4206, ERL-4221, ERL-4201, ERL-4289 또는 ERL-0400이다.
- 노볼락 수지. 이러한 군으로부터, 하기 수지가 사용될 수 있다. 예를 들어 Celanese로부터의 Epi-RezTM 5132, Sumitomo Chemical로부터의 ESCN-001, Ciba Geigy로부터의 CY-281, Dow Chemical로부터의 DENTM 431, DENTM 438, Quatrex 5010, Nippon Kayaku로부터의 RE 305S, DaiNippon Ink Chemistry로부터의 EpiclonTM N673, 또는 Shell Chemical로부터의 EpicoteTM 152.
- 멜라민 수지들을 사용하기 위한, 예를 들어 Cytec로부터의 CymelTM 327 및 323.
- 테르펜-페놀 수지를 사용하기 위한, 예를 들어 Arizona Chemical로부터의 NIREZTM 2019.
- Toto Kasei로부터의 YP 50, Union Carbide Corp.로부터의 PKHC, 및 Showa Union Gosei Corp.로부터의 BKR 2620과 같은 페놀 수지들.
- 특히, 또한 다른 페놀 수지와 조합한, 페놀 레졸 수지.
- 예를 들어 Nippon Polyurethane Ind.로부터의 CoronateTM L, Bayer로부터의 DesmodurTM N3300, 또는 MondurTM 489와 같은 폴리이소시아네이트.
기술적 접착 성질들 및 활성화 범위를 최적화하기 위하여, 접착제는 임의적으로 접합 강도-향상 수지들(점착부여 수지들 또는 점착부여제들로서 알려짐)과 혼합될 수 있다. 적합한 수지들은 로진의 수소화된 및 비수소화된 유도체들, 폴리테르펜 수지들, 바람직하게 알파-피넨을 기반으로 한 수지들, 테르펜-페놀 수지들, 비가교 페놀 수지들, 노볼락들, 디사이클로펜타디엔의 수소화된 및 비수소화된 폴리머들, 바람직하게 C-8 및 C-9 방향족의 수소화된 및 비수소화된 폴리머들, 수소화된 C-5/C9 폴리머들, 방향족-개질된, 선택적으로 수소화된 디사이클로펜타디엔 유도체들, 순수한 방향족을 기반으로 한 수지들, 예를 들어 알파-메틸스티렌, 비닐톨루엔, 또는 스티렌, 및 상이한 방향족 모노머들의 혼합물들을 포함하는 수지들, 및 콜타르(coal tar)로부터 얻어진 코우마론-인덴 수지들을 포함한다.
상술된 점착부여제 수지들은 단독으로 또는 둘 이상의 점착부여제 수지들의 혼합물 둘 모두로 사용될 수 있다.
이러한 점착부여제 수지들은 바람직하게 접착 시트들이 실온에서 단지 매우 약한 감압 점착성을 가지거나, 점착성을 가지지 않고, 단지 고온 조건 하에서 이들의 점착성을 획득하는 것으로 선택된다. 이러한 부류의 열-활성 가능한 시트들은 고-용융 수지, 특히 110℃ 보다 매우 높은 연화점을 갖는 수지들의 선택을 통해 가장 잘 얻어진다(수지들의 연화점에 대해 제공된 숫자는 역청(bitumen) 대신에 개개 수지와 함께 DIN EN 1427:2007와 유사한 방법에 의해 제공된 것이다. 150℃ 초과의 연화 온도의 경우에, 이러한 설명서에서 절차 8.1b가 유사하게 이용된다). 저-용융 수지들이 또한 사용될 수 있지만, 유리하게 전기 전도성 입자들이 없는 전체 접착제를 기준으로 하여, 단지 소량, 바람직하게 30 중량% 미만으로 사용된다.
가교 가능한 접착제들은 본 발명의 접착 시트, 더욱 바람직하게 열에 노출 시에 가교하는 접착 시트에 대해 유리하게 사용된다.
가교의 목적을 위하여, 가교제들(또한, 경화제로서 지칭됨), 보다 특히 화학적 가교제들을 접착제에, 특히 반응성 수지들 중 적어도 하나와 반응할 수 있는 접착제들에 첨가하는 것이 가능하다. 가교제들은 반응을 위해 필수적인 것은 아니지만, 특히 과량의 반응성 수지를 제거(scavenge)하기 위하여 첨가될 수 있다. 반응성 수지로서 에폭시 수지들을 사용할 때에, 특히 가교제들은 유리한 것으로 나타난다.
사용되는 가교제들 또는 경화제들에는 주로, 예를 들어 US 3,970,608 A호에서 보다 상세히 기술되는 바와 같이, 하기 화합물들이 있다:
- 예를 들어, 트리에틸렌테트라민과 같은 다작용성 지방족 아민들,
- 예를 들어, 이소포론디아민과 같은 다작용성 방향족 아민들,
- 예를 들어, 디시안디아미드와 같은 구아니딘들,
- 다작용성 페놀들,
- 다작용성 알코올들,
- 다작용성 메르캅탄들,
- 다작용성 카복실산들,
- 하나 이상의 무수물 기들을 갖는 산 무수물들.
가교 반응에서 반응 속도를 증가시키기 위하여, 소위 촉진제(accelerator)를 사용하는 것이 가능하다.
촉진제는 예를 들어 하기일 수 있다:
- 3차 아민들, 예를 들어 벤질디메틸아민, 디메틸아미노메틸페놀,
- 트리스(디메틸아미노메틸)페놀
- 붕소 트리할라이드/아민 착물들
- 치환된 이미다졸
- 트리페닐포스핀.
페놀 수지들(특히, 알킬페놀 수지들)을 사용할 때에, 포름알데하이드 공여체들, 예를 들어 헥사메틸렌테트라민이 첨가될 수 있다.
접착제, 보다 특히 열-활성 가능한 접착제의 요망되는 성질들을 조정하기 위한 임의적인 가능성은 충전제들(예를 들어, (특히 비전도성) 섬유들, 카본 블랙, 아연 옥사이드, 티탄 디옥사이드, 초크(chalk), 중질 또는 중공 유리 구체들, 다른 재료들로부터 제조된 미소구체들, 실리카, 실리케이트), 핵형성제, 팽창제, 접합 향상 첨가제, 및 열가소성 수지, 배합제 및/또는 예를 들어 1차 및 2차 항산화제 형태 및 광안정화제 형태의 에이징 억제제들을 첨가하는 것이다.
통상적으로 사용될 수 있는 추가 첨가제들은 하기와 같다: 예를 들어 몇몇만 기술하면, 1차 항산화제, 예를 들어 입체 장애 페놀, 2차 항산화제, 예를 들어 포스파이트 또는 티오에테르, 인-프로세스 안정화제, 예를 들어 C-라디칼 스캐빈져, 광안정화제, 예를 들어 UV 흡수제 또는 입체 장애 아민, 오존방지제, 금속 비활성화제, 및 가공 보조제.
수지상 금속 입자들과 전도성 섬유상 입자들의 혼합물을 사용함으로써, 이러한 두 개의 입자 형태들 중 단지 하나의 사용과는 상반되는 뚜렷한 장점들이 얻어지는 것으로 나타난다.
오로지 수지상 입자를 사용하는 경우에, 접착 테이프의 표면은 매우 거칠며, 대부분의 입자들은 접착제로부터 돌출하고, 효과적인 흐름을 방해한다.
섬유상 입자들은, 접착 테이프가 용액으로부터 형성될 때에 배향(orientation)을 택하고, 바람직하게 웹 방향으로 배향된다. 이에 따라, 그러한 방향에서의 전도도는 이에 대한 직각에서 보다 훨씬 높다. 또한, z-방향에서의 전도도는 수지상 입자들을 사용할 때에 훨씬 낮다.
놀랍게도, 이러한 입자들의 혼합물에 대하여, 달성될 수 있는 성능이 전도성 입자들의 전체 양이 증가되지 않음에도 불구하고, 단지 입자 변형체들 중 하나(섬유상 또는 수지상)를 사용할 때 보다 훨씬 양호한 것으로 밝혀졌다. 한편, z-방향에서의 전도도는 여전히 매우 양호하고, 오로지 수지상 입자들을 사용하는 것과 비교하여 변하지 않는다. x,y 방향에서의 전도도는 여전히 오로지 섬유를 사용한 경우만큼 양호하며, 웹 방향과 이에 대한 직각의 방향 간의 차이는 여전히 단지 매우 작다. 그러나, 감소된 분율의 덴드라이트의 결과로서, 접착제는 훨씬 양호한 라미네이션 능력 및 훨씬 큰 접합 강도를 갖는다.
입자들의 전체 함량은 실제로 x-방향 전도도의 임의의 현저한 감소 없이, 다소 낮을 수 있다.
본 발명의 접착 시트에 혼합되는 전도성 입자들의 한 종류는 구조가 보다 작은 측면 분기(2차 암(arm))가 트렁크(trunk)(1차 암)로부터 나오고 또한 측면 분기(3차 암)를 가질 수 있는 이방성, 다층 분기된 모폴로지(morphology)를 나타내는 입자이다. 여기에서, 분기는 직선이거나 곡선일 수 있고, 각 경우에 또한, 전나무(fir tree)의 구조와 유사하게 분기될 수 있다. 이러한 부류의 입자는 문헌에서, 그리고 또한 본 명세서의 목적을 위하여, "덴드라이트(dendrite)"로서, "수지상 입자"로서, "수지상 형태를 갖는 입자"로서, 그리고 "수지상 구조를 갖는 입자"로서 칭하여진다. 한 치수의 크기는 일반적으로 적어도 하나의 다른 치수, 보다 특히 두 개의 다른 치수 모두 보다 더욱 크다.
본 발명에 따라 사용되는 수지상 입자들은 적어도 2차 암을 갖는 입자들, 바람직하게 또한 적어도 3차 암을 갖는 입자들이다.
수지상 입자들로서, 바람직하게 몇 가지만 말하면, 예를 들어 아연, 철, 비스무트, 구리, 은, 또는 금으로 제조된 수지상 금속 입자들이 사용될 수 있다. 주변 조건에 따라, 입자들의 금속은 입자들이 짧은 시간 후에 산화의 결과로서 떨어지지 않는 것으로 선택된다. 구리 또는 은 덴드라이트를 사용하는 것이 바람직하다. 금은 마찬가지로 두드러지게 사용될 수 있지만, 이는 매우 고가이다. 너무 높은 비용을 가지지 않으면서 은의 높은 전도도 및 양호한 산화 안정성을 이용하기 위하여, 은처리된 구리 덴드라이트를 사용하는 것이 바람직하며, 여기서 구리는 바람직하게 은 층에 의해 전부 덮혀진다. 입자들의 크기에 따라, 구리를 완전히 덮기 위하여 상이한 양의 은이 사용된다. 30 내지 40 ㎛의 입자의 경우에, 이러한 수치는 약 20% 은이다.
덴드라이트들의 평균 크기는 바람직하게 이들의 최대 크기가 접착 시트의 두께와 대략적으로 같도록 선택된다. 이에 따라, 20 내지 100 ㎛ 범위, 바람직하게 40 내지 80 ㎛ 범위의 평균 최대 크기를 갖는 수지상 입자들이 매우 바람직하다.
본 발명의 접착 시트에 첨가되는 전도성 입자들의 두번째 종류는 섬유상 구조를 갖는다. 섬유상 입자들은 우선 방향(preferential direction)에 대해 수직의 임의의 크기에서 보다 상당히 큰 하나의 우선 방향에서의 크기를 갖는다. 매우 바람직하게 최대 크기가 최대 크기의 방향에 대해 수직으로 가장 큰 크기에 적어도 3배 정도로 큰 입자들이 이용된다.
섬유들의 크기는 작은 것으로 선택되어야 하며, 섬유들의 길이(섬유 입자들의 최대 크기)는 접착제 층의 두께의 10배 보다 크지 않아야 한다. 접착제 층의 두께의 5배 이하의 길이, 더욱 바람직하게 접착제 층의 두께를 기준으로 하여 2배 이하의 길이, 매우 바람직하게 접착제 층의 두께의 1.5배의 길이를 갖는 입자들을 사용하는 것이 바람직하다. 섬유가 짧을수록, 접착제의 용액의 코팅능력이 더욱 실용적이다.
섬유상 입자들은 직접적으로 금속으로 이루어질 수 있거나, 그밖에 바람직하게 금속화된 섬유들, 보다 특히 금속화된 유리 섬유들이 사용된다. 금속화된 카본 섬유들이 또한 적합하다. 이러한 경우에, 금속층은 바람직하게 내부 물질의 표면의 적어도 지배적인 부분(predominant part), 매우 바람직하게 내부 물질의 전체 표면을 덮는다.
이상적으로, 입자의 외측 상에(다시 말해서, 입자 표면의 적어도 지배적인 부분 상에) 덴드라이트가 입자 표면의 지배적인 부분 상에 존재하는 바와 같이 동일한 금속을 함유하는 섬유상 입자가 사용되며, 이에 따라 금속이 파괴될 가능성을 가지면서, 전기적 로컬 엘리먼트(electrical local element)가 형성되지 않도록 한다.
은처리된 유리 섬유들의 혼합물에서 은처리된 구리 덴드라이트들을 사용하는 것이 바람직하다.
섬유들에 대한 덴드라이트들의 비율은 변동할 수 있지만, 두 입자 종들 모두가 전도성 입자들의 총 중량을 기준으로 하여, 10배 넘게 과량으로 존재하지 않아야 한다. 섬유들 및 덴드라이트들은 매우 유리하게 동일한 중량 비율로 사용된다.
전도성 입자들(덴드라이트들 및 섬유들 함께)의 분율은 입자들을 포함하는 접착제의 총 질량을 기준으로 하여, 40 내지 90 중량%이며, 이러한 양은 바람직하게 50 내지 80 중량%, 더욱 바람직하게 55 내지 70 중량%이다.
본 발명의 접착 시트는 전자기기 분야에서 접착 접합, 예를 들어 전자 전도체 트랙의 접합을 위해 두드러지게 사용될 수 있다.
본 발명의 접착 시트들은 매우 바람직하게 30 내지 100 ㎛, 바람직하게 40 내지 50 ㎛ 범위의 두께를 갖는다.
실험 섹션:
FCCL 과 생산된 접착 테이프의 접합
Pyralux LF9110R (1 oz Cu/) + (25 ㎛ 접착제) + (25 ㎛ Kapton) FCCL (Flexible Copper Clad Laminate)을 각 경우에 실시예에 따라 생산된 접착 테이프들을 사용하여 강철 보강재에 접합시켰다. 이러한 작업을 위해, 이후에 그립 탭(grip tab)을 갖기 위하여, 1.5 cm 폭의 접착 테이프를 100℃에서 폴리이미드 필름/구리 호일 FCCL 라미네이트의 폴리이미드 필름 상에 라미네이션하였으며, 접착 스트립은 접합될 FCCL 보다 다소 짧다. FCCL 및 접착 테이프의 이러한 어셈블리를 이후에 100℃에서 강철 보강재 상에 라미네이션하였으며, 전체 어셈블리를 가열 가능한 Buerkle 프레스에서, 1.3MPa의 압력 하에 180℃에서 20분 동안 압축하였다.
FCCL /보강재 어셈블리로의 L-박리 시험 [ IPC - TM -650 No . 2.4.9]
Zwick로부터의 인장 시험 기계를 이용하여, 상술된 방법에 의해 생산된 강철 및 FCCL의 어셈블리의 FCCL을 보강재로부터 90° 각도, 및 50 mm/분의 속도로 박리하고, N/cm 단위의 요구되는 힘을 기록하였다.
전기 저항
군사 표준 MIL-DTL-83528C에 따라 측정을 수행하였다.
z-방향의 전기 저항
접착 시트의 샘플을 존재할 수 있는 임의의 이형 시트 또는 이형지들로부터 떼어내었으며, 5 × 5 ㎠인 섹션을 절단하였다. 이러한 섹션을 이후에 사전에 에탄올로 세정되고 각각이 1 인치2의 환형 접촉 구역(각 경우에 개개 실린더형 전극의 하나의 단부면)을 갖는 두 개의 실린더형, 금-도금된 전극들 사이에 배치시켰으며, 이는 전류/전압 소스에 그리고 민감함 옴미터(ohmmeter)에 연결된다. 접착 시트를 이후에 마찬가지로 수평 접촉 구역들의 각각 사이에 수평으로 정렬시켰다. 전극들 중 하단 전극은 접착 시트로부터 멀리 떨어진 이의 단부면에 의해 고체 표면 상에 놓인다. 접착 시트의 접촉을 최적화하기 위하여, 5 kg 중량을 이후에 상단 전극의 단부면 상에, 접착 시트로부터 멀리 떨어지게 배치하였다. 23℃ 및 50% 상대습도에서 측정을 수행하였다. 저항을 옴으로 측정하였다.
x,y-방향의 전기 저항(표면 저항)
비가교된 접착 시트의 샘플을 존재할 수 있는 임의의 이형 필름들 또는 이형지들로부터 떼어내었으며, 5 × 5 ㎠인 섹션을 절단하였다. 도 1에 도시된 바와 같이 측정 셋업을 사용하였다. 참조 부호들은 하기 의미를 갖는다:
V 전압 소스
I 전류 소스
K 접착 시트 샘플
1 금-도금된 전극
2 절연체
x1, x2 전극 계면의 길이 및 폭, 각 경우에 1 인치
에탄올로 세정한 후에, 전극을 샘플 상에 배치하였다. 두 부분의 전극들 사이의 면적은 정확하게 1 인치2, 6.45 mm2이다. 다시, 측정을 23℃ 및 50% 상대습도에서 수행하였다. 전극 시스템(전극 및 절연체)의 중량은 240 g이다. 측정된 수치는 옴으로 보고된다. 우선 방향을 구별하기 위하여, 샘플을 x 방향에서 1회 측정하였으며, 이는 코팅이 수행된 방향이며, 코팅의 방향에 대해 가로지르는 y 방향에서 1회 측정하였다.
실시예
실시예 1:
66.5 중량% Breon N41H80 (41% 아크릴로니트릴을 갖는, Zeon으로부터의 니트릴 고무), 33 중량% Epiclon 660 (DIC로부터의 Novolak 수지), 및 0.5 중량% 2-페닐이미다졸 (고형물을 기준으로 함; 부타논 중 30% 농도로 사용됨)의 현탁액을 반죽 장비에서 제조하였다. 반죽 시간은 20시간이었다.
후속하여, 현탁액에 30부(각 경우에 중량을 기준으로 함)의 접착제의 고체 구성성분들에 대하여, 35 부의 Potters (SC25D20S)로부터의 수지상의 은처리된 구리 입자들 및 35 부의 Nanotechnologies (STAR SHIELD AG 5512 FI)부터의 40 ㎛의 최대 길이를 갖는 은처리된 유리 섬유들을 첨가하였다. 열-활성 가능한 조성물을 후속하여 실리콘처리된 PET 필름 상에 코팅하고 100℃에서 건조시켜 40 ㎛ 두께의 접착제 층을 제공하였다.
비교예 2:
섬유들 및 덴드라이트들의 혼합물 대신에, 70 부의 덴드라이트들을 첨가하였다.
비교예 3:
섬유들
섬유들 및 덴드라이트들의 혼합물 대신에, 70 부의 섬유들을 첨가하였다.
결과:
Figure pct00001
비교예 2에 대한 두드러진 특징은 FCCL 상에 대한 이의 매우 불량한 라미네션 능력이다. 이러한 라미네이션은 실시예 1에 경우에 더욱 훨씬 용이하다. 이러한 상황에도 불구하고, 전도도는 실시예 3과는 상반되게, 유사한 특성을 갖는다.
실시예 4:
66.5 중량% Breon N41H80 (41% 아크릴로니트릴을 갖는, Zeon으로부터의 니트릴 고무), 33 중량% Epiclon 660 (DIC로부터의 Novolak 수지), 및 0.5 중량% 2-페닐이미다졸 (고형물을 기준으로 함; 부타논 중 30% 농도로 사용됨)의 현탁액을 반죽 장비에서 제조하였다. 반죽 시간은 20시간이었다.
후속하여, 현탁액에 40부의 접착제의 고체 구성성분들에 대하여, 30 부의 Potters (SC25D20S)로부터의 수지상의 은처리된 구리 입자들 및 30 부의 Nanotechnologies (STAR SHIELD AG 5512 FI)부터의 40 ㎛의 최대 길이를 갖는 은처리된 유리 섬유들을 첨가하였다. 열-활성 가능한 조성물을 후속하여 실리콘처리된 PET 필름 상에 코팅하고 100℃에서 건조시켜 40 ㎛ 두께의 접착제 층을 제공하였다.
비교예 5:
섬유들 및 덴드라이트들의 혼합물 대신에, 60 부의 덴드라이트들을 첨가하였다.
비교예 6:
섬유들 및 덴드라이트들의 혼합물 대신에, 60 부의 섬유들을 첨가하였다.
결과:
Figure pct00002
특히 비교적 작은 분율의 입자들이 사용될 때에, 덴드라이트와 섬유의 혼합물이 매우 유리한 것으로 나타났는데, 왜냐하면, 단지 조합으로도, 세 방향 모두에서 높은 전도도 및 낮은 전기 저항을 달성하는 것이 여전히 가능하기 때문이다.

Claims (9)

  1. 접착제 층 및 또한 접착제에 혼합된 전도성 입자들을 포함하는 접착 시트(adhesive sheet)로서, 전도성 입자들 중 일부가 섬유상(fiberform)이며, 입자들 중 일부가 수지상 구조(dendritic structure)들의 형태인 것을 특징으로 하는 접착 시트.
  2. 제1항에 있어서, 사용되는 접착제가 열활성 접합 가능한 접착제(heat-activatedly bondable adhesive)인 것을 특징으로 하는 접착 시트.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 사용되는 섬유상의 전도성 입자들이 금속 섬유들 및/또는 금속화된 섬유들인 것을 특징으로 하는 접착 시트.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 사용되는 수지상의 전도성 입자들이 금속 입자들 및/또는 금속화된 입자들인 것을 특징으로 하는 접착 시트.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 섬유상의 전도성 입자들의 표면 및 수지상의 전도성 입자들의 표면이 동일한 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 접착 시트.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 사용되는 수지상의 전도성 입자들이 은처리된 구리 입자들이며, 사용되는 섬유상의 전도성 입자들이 은처리된 유리 섬유들인 것을 특징으로 하는 접착 시트.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 섬유상의 전도성 입자들의 최대 길이가 접착 시트 두께의 10배 이하, 바람직하게 접착 시트 두께의 5배 이하, 더욱 바람직하게 접착 시트 두께의 1.5배 이하인 것을 특징으로 하는 접착 시트.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 접착 시트 중의 전도성 입자들의 전체 분율이 40 내지 90 중량%인 것을 특징으로 하는 접착 시트.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 섬유상의 전도성 입자들 대 수지상의 전도성 입자들의 중량비(V)가 10:1 내지 1:10의 범위이고, 바람직하게 1:1인 것을 특징으로 하는 접착 시트.
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