KR20240124155A - 이방도전성 접속방법 - Google Patents

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KR20240124155A
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Abstract

본 발명에 따른 이방도전성 접속방법은,
접합하고자 하는 적어도 하나의 제1전극에 금속 전구체와 경화성 수지를 포함하는 이방도전성 조성물을 도포하는 도포단계; 및
상기 제1전극에 대향하는 제2전극으로 상기 제1전극 상에 도포된 상기 이방도전성 조성물을 상기 제2전극과의 사이에서 가압하는 압착단계;
상기 이방도전성 조성물을 도포한 후 열 또는 광을 인가하여 상기 이방도전성 조성물을 경화시켜 경화물을 형성하며, 상기 경화물 내에는 상기 제1전극과 상기 제2전극을 연결하는 금속 소결체가 형성되는 경화단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

이방도전성 접속방법{Anisopitropic conductive connection method}
본 발명은 이방도전성 조성물, 접속방법, 접속구조체에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 기판의 전극과 칩의 전극을 결합시키고 전기적으로 연결하는 이방전도성 재료 조성물, 접속방법, 접속구조체에 관한 것이다.
이방도전성 조성물은 반도체 패키지 및 마이크로 전자 소자의 제조와 어셈블리에 있어서 다양한 용도로서 이용된다. 예를 들면, 집적 회로 칩을 기판에 접착하기 위한 조성물(다이 접착용 접착제)로서, 또는 회로 어셈블리를 인쇄 회로 기판에 접착하기 위한 조성물(표면 실장 도전성 접착제)로서 이용된다.
보다 구체적으로 설명하면, 이방 도전성 접착제 (ACP_anisotropic conductive paste)는 COG 어셈블리(chip-on glass assembly), 플렉스 어셈블리 상의 플립 칩, 비(非)접촉식 스마트 카드 모듈 어셈블리, 및 연성 기판 (flexible substrate) 또는 고형 기판(rigid substrate)에서의 필름 칩 다이 접착(flip chip die attach)을 포함하는, 각종 전자 하드웨어의 본딩 형성에 이용될 수 있다.
최근, 마이크로 발광 다이오드로도 불리는 마이크로 LED(Light-emitting diode)는 한 변의 크기가 100㎛ 이하인 초소형 LED를 의미하며, 평판 디스플레이 기술 구현을 위한 중요 기술 중 하나이다.
마이크로 LED는 기존의 LED 대비 에너지 효율과 광학적 효율이 우수하고, 단위면적당 발열량이 적다는 장점이 있으며, 매우 작은 화소를 구현할 수 있어 조명 외에도 초소형 디스플레이, 정밀 의료 기구로의 활용 가능성이 높다. 이러한 마이크로 LED를 기판상 전극에 부착하기 위해 도전성 필름(ACF, anisotropic conductive film)이 이용되고 있다.
4K(3840 * 2160) 평판디스플레이에 이용되는 마이크로 LED의 크기는 적어도 50*20㎛ 이상이었기 때문에 ACF를 이용하여 전극을 부착하는 본딩 공정이 가능하였다. 그러나, 8K이상의 고화질의 구현을 위해서는 마이크로 LED의 크기가 더 작아져 30*20㎛로 된다.
따라서 현재 ACF에 이용되는 도전성 입자는 직경이 약 3 내지 10 ㎛ 범위로 매우 크기 때문에 도전성 입자를 이용하여 기존의 방법대로 마이크로 LED칩을 본딩하는 것이 기술적으로 문제가 된다. 즉, 고화질구현을 위한 마이크로 LED칩의 경우 전극간의 간격이 30um(또는 피치(pitch))이하가 되기 때문에 기존의 도전성 입자를 이용하는 방법으로 본딩하기는 것은 불가능하다.
또한, 고화질 구현을 위한 마이크로 LED칩의 경우 도팅사이즈(dotting size)가 7㎛이하의 전도성 잉크가 필요하나, 기존의 도전성 입자를 포함한 잉크에서 7㎛이하로 균일한 인쇄는 매우 어렵다.
대한민국 등록특허 제10-1462658호 (등록일 2014.11.11)
본 발명의 제1측면은 전술한 문제점을 극복하기 위해 제안된 것으로서, 30㎛m이하의 미세 피치(fine pitch)에서도 본딩이 가능하면서도 이방전도성(Anisotropic conductive), 즉, X, Y축은 전기가 통하지 않고, Z축만 전기가 통하는 특성을 가지는 이방도전성 조성물을 제공하는데 있다.
본 발명의 제2측면은 전술한 문제점을 극복하기 위해 제안된 것으로서, 전기적으로 접속하는 방향으로 형성되는 금속입자가 환원되어 소결체를 형성하는 이방도전성 접속방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 제3측면은 전술한 문제점을 극복하기 위해 제안된 것으로서, 30㎛m이하의 미세 피치(fine pitch)에서도 본딩이 가능하면서도 이방전도성(Anisotropic conductive), 즉, X, Y축은 전기가 통하지 않고, Z축만 전기가 통하는 특성을 가지는 이방도전성 구조체를 제공하는데 있다.
본 발명은 접합하고자 하는 적어도 하나의 제1전극에 금속 전구체와 경화성 수지를 포함하는 이방도전성 조성물을 도포하는 도포단계; 및
상기 제1전극에 대향하는 제2전극으로 상기 제1전극 상에 도포된 상기 이방도전성 조성물을 상기 제2전극과의 사이에서 가압하는 압착단계;
상기 이방도전성 조성물을 도포한 후 열 또는 광을 인가하여 상기 이방도전성 조성물을 경화시켜 경화물을 형성하며, 상기 경화물 내에는 상기 제1전극과 상기 제2전극을 연결하는 금속 소결체가 형성되는 경화단계를 포함하는 이방도전성 접속방법을 제공한다.
본 발명에 있어서, 상기 경화단계에서 상기 금속 소결체는 상기 경화물에서 서로 상분리되어 있는 이방도전성 접속방법를 제공한다.
본 발명에 있어서, 상기 이방도전성 조성물의 도포는 스크린인쇄, 잉크젯, 닥터블레이드, 슬롯다이, 디스펜서, eHD 프린팅, 스핀코팅, pad 프린팅로 구성되는 군에서 선택되는 하나인 이방도전성 접속방법를 제공한다.
본 발명에 있어서, 상기 압착은 소정의 열을 가하면서 압착 방법(hot press)으로 이루어지는 이방전도성 접속방법을 제공한다.
본 발명에 있어서, 상기 압착단계에서 상기 제1전극과 상기 제2전극간 간격은 10 내지 2000nm인 이방도전성 접속방법을 제공한다.
본 발명에 있어서, 상기 경화단계에서 상기 이방도전성 조성물에 포함된 금속이온이 환원되면서 소결되는 이방도전성 접속방법을 제공한다.
본 발명에 있어서, 상기 경화단계는 레이저, IPL(Intense pulse light), IR(infrared), UV(ultraviolet), NIR(Near infrared) 로 구성되는 군에서 선택되는 하나로 이루어지는 이방도전성 접속방법을 제공한다.
본 발명에 있어서, 상기 경화단계에서 경화는 오븐 또는 핫플레이트(hot plate)방법으로 이루어지는 이방도전성 접속방법을 제공한다.
본 발명에 있어서, 상기 경화단계에서 상기 이방도전성 조성물에 포함된 상분리유도제는 친수성기와 친유성기를 모두 포함하는 이방도전성 접속방법을 제공한다.
본 발명에 있어서, 상기 전기전도성을 가지는 소결체는 높이가 10 내지 10μm 인 이방도전성 접속방법을 제공한다.
본 발명은 x-y평면상에서 이격되면서 나란히 배열된 2개의 제3전극과 제4전극에 서로 걸쳐지도록 이방 도전성 조성물을 도포하는 도포단계; 및
상기 제3전극에 z방향으로 대향하는 제5전극 및 상기 제4전극에 z방향으로 대향하는 제6전극으로 상기 제3전극 및 상기 제4전극 상에 도포된 상기 이방도전성 조성물을 각각 가압하는 압착단계;
상기 이방도전성 조성물을 경화시키는 경화단계를 포함하며,
상기 경화단계에서 상기 z방향으로만 전기전도성을 가지는 이방도전성 접속방법을 제공한다.
본 발명에 있어서, 상기 경화단계에서 경화물은 전기전도성을 가지는 소결체는 전기전도성을 가지지 않는 고분자가 분포하는 영역과 상분리되어 형성되는 이방도전성 접속방법을 제공한다.
본 발명에 있어서, 상기 압착단계에서 상기 제1전극과 상기 제2전극간 간격은 10 내지 2000nm인 이방도전성 접속방법을 제공한다.
본 발명에 있어서, 상기 경화단계에서 상기 이방도전성 조성물에 포함된 금속이온이 환원되면서 소결되는 이방도전성 접속방법을 제공한다.
본 발명에 있어서, 상기 경화단계는 레이저, IPL(Intense pulse light), IR(infrared), UV(ultraviolet), NIR(Near infrared) 로 구성되는 군에서 선택되는 하나로 이루어지는 이방도전성 접속방법을 제공한다.
본 발명에 있어서, 상기 경화단계에서 경화는 오븐 또는 핫플레이트(hot plate)방법으로 이루어지는 이방도전성 접속방법을 제공한다.
본 발명은 x-y평면상에서 이격되면서 나란히 배열된 N개의 하부전극들에 서로 걸쳐지도록 이방 도전성 조성물을 도포하는 도포단계; 및
상기 하부전극들에 대향하는 N개의 상부전극들로 상기 하부전극들에 도포된 상기 이방도전성 조성물을 각각 가압하는 압착단계;
상기 이방도전성 조성물을 경화시키는 경화단계를 포함하며,
상기 경화단계에서 상기 하부전극 및 상기 상부전극간에 전기전도성을 가지는 이방도전성 접속방법을 제공한다.
본 발명에 따른 이방도전성 조성물은 내부에 금속입자를 포함하지 않아 미세전극에서도 적용가능하여 전극간에 도포되더라도 x, y방향으로는 전기가 흐르지 않고 z방향(즉, 기판의 전극과 칩의 전극)사이로만 전기가 흐르게 되어 전극간 쇼트가 발생하지 않고도 원하는 방향으로 전기를 흐르게 하는 효과가 있다.
본 발명에 따른 이방도전성 접속방법은 광이나 열에 의해 환원 및 소결하는 금속성분을 사용하여 일방향으로만 전기적으로 전도성을 가지는 소결체를 형성할 수 있다. 따라서 인접하는 전극간에 걸쳐 도포되더라도 다른 방향으로는 전극간 쇼트가 발생하지 않게 되어 효율적으로 미세전극사이를 이방전도성으로 접속할 수 있게 되는 효과가 있다. 또한, 전자부품에 조사되더라도 전자부품에 영향을 충격을 주지않는 열이나 광을 사용하여 공정을 단순화할 수 있다.
본 발명에 따른 이방도전성 접속구조체는 전극과 전극사이에 혼성구조의 폴리머 영역과 소결체 영역이 혼성되므로, 미세피치 전극간에 도포되더라도 x, y방향으로는 전기가 흐르지 않고 소결체 영역이 연장되는 방향인 z방향(즉, 기판의 전극과 칩의 전극)사이로만 전기가 흐르게 되어 전극간 쇼트가 발생하지 않고도 원하는 방향으로 전기를 흐르게 하는 효과가 있다.
이에 따라 본 발명은 다양한 이방전도성 전기접속이 요구되는 다양한 분야에 적용될 수 있다. 특히 마이크로LED의 접속, FPD(flat panel display)의 chip on glass(COG), chip on film(COF), film on board(FOB), 콘넥터 대체 접속(Rigid 기판과 필름재, 필름재와 필름재의 접속)에 바람직하게 응용 될 수 있다.
도 1은 본 측면의 일실시예에 따른 이방도전성 조성물을 이용한 전극간 본딩과정을 도시한 모식도이다.
도 2는 본 측면의 다른 실시예에 따른 이방도전성 조성물을 이용한 전극간 본딩과정을 도시한 모식도이다.
도 3a는 상분리 유도제가 사용되지 않은 경우의 전자현미경 사진이고, 도 3b는 상분리유도제가 사용된 경우의 전자현미경 사진이다.
도 4의 (a)는 본 실시예에 따른 접속구조체를 설명하는 개념도이다.
도 4의 (b)는 다른 실시예에 따른 접속구조체를 설명하는 개념도이다.
도 5는 본 실시예에 따라 열 또는 레이저 경화시 금속입자의 환원과 소결 및 경화성 수지의 경화에 따라 소결체가 위치하는 영역과 고분자가 위치하는 영역은 복수개가 서로 상분리 되면서 이방성 구조를 가지는 메커니즘을 설명하는 모식도이다.
도 6은 실시예 11, 12, 13에 따른 이방도전성 조성물이 경화되어 전극을 연결하는 부위의 단면을 촬영한 사진다.
도 7 또한, 비교예 7, 12에 따른 이방도전성 조성물이 경화되어 전극을 연결하는 부위를 촬영한 사진이다.
도 8 마이크로엘이디의 점등율 평가는 제조된 이방도전성 조성물을 이용하여 서로 연결되지 않은 ITO전극에 걸쳐 실시예 1 내지 10, 비교예 1 내지 비교예 6의 이방도전성 조성물을 가로지르게 인쇄하고, IR laser(Infrared (IR) Lasers, 1064nm)를 이용하여 금속전구체와 고분자를 각각 소결 및 경화시켜 평가하는 모식도이다.
도 9는 전기저항 및 쇼트평가 수행사진으로서, 금 전극 사이에 실시예 1 내지 10, 비교예 1 내지 비교예 6의 이방도전성 조성물을 접속시켜 경화시킨 후 수행방법을 도시한다.
도 10 및 도 11은 실험예 2에서 실시예 1, 실시예 2, 실시예 3, 실시예 4, 실시예 9의 이방도전성 조성물을 경화시킨 후 전자현미경으로 촬영하는 방법을 도시한 사진이다.
도 12는 실시예 1, 실시예 2, 실시예 3의 이방도전성 조성물을 도포한 후 칩없이 경화한 전자현미경사진과 칩을 장착한 후 경화한 전자현미경 사진을 도시하였다.
도 13은 실시예 14, 도 14는 실시예 19의 전자현미경 사진이다.
도 15는 실시예 29의 전자현미경 사진이다. 도 16은 실시예 30, 도 17은 실시예 32, 도 18은 실시예 33, 도 19는 실시예 34, 도 20은 실시예 35, 도 21은 실시예 36, 도 22는 실시예 36의 전자현미경 사진이다.
도 23은 실시예 37(10초) 및 실시예 38(30초)의 주사 현미경 사진을 나타내었다.
도 24는 실시예 39(10초) 및 실시예 39(30초)의 주사 현미경 사진을 나타내었다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시예에 제한되지 아니하고, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 다른 구성요소를 추가, 변경, 삭제 등을 통하여, 퇴보적인 다른 발명이나 본 발명의 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본원 발명 사상의 범위 내에 포함된다고 할 것이다.
또한, 실시예의 도면에 나타나는 동일한 사상의 범위 내의 기능이 동일한 구성요소는 동일한 참조부호를 사용하여 설명한다.
이하에서는 도면을 참조하면서 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
<제1측면>
본 발명의 제1측면에 따른 이방도전성 조성물의 제A실시예는 금속 전구체, 상분리유도체, 경화성 수지(curable resin), 경화성 수지를 경화시키기 위한 경화제(curing agents), 경화성 수지 및 경화제를 용해시키기 위한 용매를 포함한다.
금속 전구체는 이방도전성 조성물 내에서 전도성을 가지는 금속 필러로 환원되기 전 상태의 물질로서, 금속 전구체는 금속 수소화물(metal hydride), 금속 수산화물(metal hydroxide), 금속 황산화물(metal sulfur oxide), 금속 질산화물(metal nitrate), 금속 할로겐화물(metal halide), 금속 착화합물(complex compound) 또는 이들의 조합을 포함하는 화합물이 사용될 수 있다.
이 때, 금속 전구체에는 높은 전기전도성을 가지는 은(Ag), 구리(Cu), 금(Au), 비스무스, 인듐, 팔라듐, 플레티뮴, 니켈, 이리듐등의 금속 또는 그 합금을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 환원이 잘되고, 환원된 이후에 전기전도성이 높으며, 안정적인 은(Ag)이 제1금속으로 포함되는 것이 좋다.
또한, 금속 전구체를 형성하기 위한 음이온은 히드록사이드 (hydroxide) 이온, 카르복실(carboxylic) 이온, 아세테이트(acetate) 이온, 프로피 오네이트(propionate) 이온, 아세틸아세토네이트(acetylacetonate) 이온, 2,2,6,6- 테트라메틸-3,5-헵탄디오네이트(2,2,6,6-tetramethyl-3,5-heptanedionate) 이온, 메톡사이드(methoxide) 이온, 2차-부톡사이드(sec-butoxide) 이온, 3차-부톡사이드 (t-butoxide) 이온, n-프로폭사이드(n-propoxide) 이온, i-프로폭사이드(ipropoxide) 이온, 에톡사이드(ethoxide) 이온, 포스페이트(phosphate) 이온, 알킬 포스페이트(alkylphosphonate) 이온, 나이트레이트(nitrate) 이온, 과염소산 (perchlorate) 이온, 황산(sulfate) 이온, 알킬설포네이트(alkylsulfonate) 이온, 페녹사이드(phenoxide) 이온, 브로마이드(bromide) 이온, 요오다이드(iodide) 이온, 클로라이드(chloride) 이온으로 구성되는 군에서 선택되는 적어도 하나 또는 이들의 조합인 음이온을 포함하는 것이 바람직하다.
상분리유도제는 환원되는 금속과 경화되는 고분자의 상분리를 유도하는 물질로서, 금속 전구체가 후술할 열이나 광(레이저)에 의해 환원될 때 환원되는 금속과 경화되는 고분자를 상분리하는 물질이다. 즉, 금속전구체 상태의 금속이온은 환원되면서 소결되는데, 이 때 고분자들과는 상분리된다.
상분리유도제는 분자 내에 친수성기와 친유성기를 모두 포함하고 있어서, 친수성기는 환원되는 전도성 금속 입자덩어리(이하 소결체라고 함)를 표면에서 에워싸고, 친유성기는 고분자에 접하는 방식으로 상분리를 유도하는 것으로 추정된다.
이 때, 친유성기의 탄소수는 5 내지 25이고, 친수성기는 카르복실기(-COOH) 또는 아민기(- NH)를 포함하는 것이 바람직하다.
구체적으로 상분리유도제는 카프릴산(caprylic acid), 펠라르곤산(pelargonic acid), 카프로산(caproic acid), 운데카논산(Undecanic acid), 라우르산(lauric acid), 미리스트산(myristic acid), 베헨산(behenic acid), 팔미트산(palmitic acid), 리그노세르산(lignoceric acid), 스테아르산 (Stearic acid), 아라킨산 (Eicosanoic Acid), 올레산 (Oleic acid)로 구성되는 군에서 선택되는 적어도 하나 또는 이들의 조합인 지방산이 사용될 수 있다.
상분리유도제 중 아민을 포함하는 화합물은 예를 들어 헥실아민(hexylamine), 헵틸아민(Heptylamine), 옥틸아민 (Octylamine), 올레일 아민 (Oleylamine), 데실아민 (decylamine), 도데실아민 (dodecylamine), 2-에틸헥실아민 (2-ethylhexylamine), 1,3-디메틸-n-부틸아민(1,3-Dimethylbutylamine)로 구성되는 군에서 선택되는 적어도 하나 또는 이들의 조합이 사용될 수 있다.
이 때, 상분리유도제는 친수성기인 카르복실기 또는 아민기는 환원되는 전도성 금속 입자덩어리(이하 소결체라고 함)를 표면에서 에워싸고, 친유성기인 알킬기는 고분자에 접하는 방식으로 상분리를 유도한다.
금속과 고분자가 상분리된 상태에서 열 또는 레이저에 의해 이방 도전성 조성물이 가열되어 경화물로 될 때, 경화물은 금속이온이 환원되어 복수의 소결체를 형성하는데, 금속 소결체는 금속이 풍부하여 도전성을 가지게 된다. 또한, 소결체를 제외한 영역은 경화성 수지가 경화된 고분자로 형성된 도전성을 가지지 않게 된다.
이러한 상분리유도 방식에 의해 X, Y축은 전도성 경로(path)가 형성되지 못하고, Z축으로만 전도성 경로가 되어 전기가 흐를 수 있다.
경화성수지는 경화되기 위한 고분자 수지로서 예를들어 에폭시 수지와 같은 수지가 사용될 수 있다. 사용될 수 있는 에폭시 수지로는 비스페놀 A형 에폭시 수지, 치환형 에폭시 수지, 선형 지방족 에폭시 수지, 크레졸 노볼락형 에폭시 수지, 비페닐형 에폭시 수지, 복소환계 에폭시 수지, 할로겐화 에폭시 수지 등 분자당 2개 이상의 에폭시기를 함유하는 물질이 사용될 수 있다. 또한, 전술한 에폭시 수지의 2종류 이상이 병용될 수 있다.
경화제는 열 또는 광으로써 경화성 수지를 경화시키는 물질로서, 아민 또는 포스핀 화합물이 1종 또는 2종이상 병합되어 사용될 수 있다. 예를 들면, 아민경화제로는 2-메틸 이미다졸, 2,4-디메틸이미다졸, 2-에틸-4-메틸이미다졸, 2-페닐이미다졸, 2-페닐4-메틸이미다졸(2-Phenyl-4-methylimidazole); 3급 아민 화합물로서 트리에틸아민, 벤질디메틸아민, 메틸벤질디메틸아민, 2-(디메틸아미노메틸)페놀, 2,4,6-트리스(디메틸아미노메틸)페놀(2,4,6-Tris(dimethylaminomethyl)phenol)이 사용될 수 있다.
또한, 포스핀 화합물은 트리에틸포스핀, 트리부틸포스핀, 1,8-디아자비시클로(5,4,0)운데센-7; 또는 유기 포스핀 화합물로 서 트리페닐포스핀, 트리메틸포스핀, 트리에틸포스핀, 트리부틸포스핀, 트리(p-메틸페닐)포스핀(Tris(4-methoxyphenyl)phosphine), 트리(노닐 페닐)포스핀이 사용될 수 있다.
또한 경화성수지는 경화되기 위한 고분자 수지로서 예를 들어 아크릴 수지와 같은 수지가 사용될 수 있다. 예를 들어, 에틸아크릴레이트(ethyl acrylate), 하이드록시에틸아크릴레이트(hydroxy ethyl acrylate), 하이드록시프로필아크릴레이트(hydroxyl propyl acrylate), 2-에틸헥실아크릴레이트(2-ethyl hexyl acrylate), 부틸아크릴레이트(butyl acrylate), 비닐부틸에테르(Vinyl butyl ether), 비닐에틸에테르(Vinyl ethyl ether), 아크릴릭에시드(acrylic acid), 메타아크릴릭에시드(Methacrylic acid), 메틸메타아크릴레이트 (methyl metha acrylate), 에틸메타아크릴레이트(ethyl metha acrylate) 이소부틸메타아크릴레이트(i-butyl metha acrylate), 2-하이드록시에틸메타아크릴레이트(2-Hydroxy ethyl metha acrylate), 글리시딜메타아크릴레 이트(glycidyl metha acrylate)등을 사용할 수 있으며, 전술한 아크릴 수지의 2종류 이상이 병용될 수 있다.
아크릴 수지를 경화하기 위한 경화제는 열 또는 광으로써 경화성 수지를 경화시키는 물질로서 라우릴퍼옥사이드(lauryl peroxide), 벤조일퍼옥사이드(benzoyl peroxide), 큐멘하이드로퍼옥사이드(cumen hydroperoxide), 디이소프로필벤젠하이드로퍼옥사이드(diisopropylbenzene hydroperoxide), t-부틸하이드로퍼옥사이드(t-butyl hydroperoxide)와 같은 유기 퍼옥사이드 등의 지용성 경화제 및 레독스 경화제 등이 바람직하다.
용매는 전술한 구성성분을 용해하기 위한 것으로 용매는 비제한적으로 사용될 수 있으나, 테트라히드로퓨란(THF), 알코올(alcohol)계 용매, 에테르(ether)계 용매, 설파이드(sulfide)계 용매, 톨루엔(toluene)계 용매, 크실렌(xylene계)계 용매, 벤젠(benzene)계 용매, 알칸(alkane)계 용매, 옥세인(oxane)계 용매, 아민(amine)계 용매, 폴리올(polyol)계 용매 또는 다이케톤(diketone), 아미노 알코올(amino alcohol), 폴리아민(polyamine), 에탄올 아민(ethanol amine), 다이에탄올 아민(diethylnol amine), 에탄티올 (ethane thiol), 프로판티올(propane thiol), 부탄 티올(butane thiol), 펜탄 티올(pentane thiol), 헥산티올(hexane thiol), 헵탄 티올 (heptanes thiol), 옥탄티올(octane thiol), 노난티올 (nonane thiol), 데칸 티올(decane thiol), 운데칸 티올(undecane thiol)로 구성되는 군에서 선택되는 적어도 하나 이상 또는 이들의 조합인 용매를 사용하는 것이 바람직하다.
전술한 조성물에서 금속 전구체는 60중량부에 대해서, 상분리유도제는 5 내지 15중량부, 경화성 수지는 3 내지 8중량부, 경화제는 3 내지 8중량부, 용매는 15 내지 25중량부로 포함되는 것이 바람직하다.
금속 전구체 대비 상분리유도제가 상기 범위를 초과하면 전기저항이 증가하는 문제가 있고, 상기 범위 미만이면 상분리유도가 되지 않는 문제가 있다.
또한, 경화성 수지가 해당 범위보다 적은 양이 사용되는 경우 접착력이 불량할 가능성이 있으며, 해당 범위를 초과하는 경우 마이크로 LED와 기판전극 사이의 전기저항이 증가하는 문제점이 있다.
또한, 경화제가 해당 범위보다 적게 포함되는 경우 경화성 수지의 경화도 부족에 따른 부착력 불량이 발생할 수 있으며, 해당 범위보다 많은 양이 포함되는 경우 경화성 수지의 경화 속도가 빨라져 충분한 전기전도성을 얻기 어려워지거나, 전사가 이루어지기 전에 조성물이 경화되는 문제가 생길 수 있다.
따라서 전술한 범위내에서 조성물은 ISO 2409 부착력 시험척도로 5B 이고, 연속 인쇄성이 >7day이며, 1분 이하의 레이저 경화특성을 가질 수 있다.
한편, 본 조성물을 레이저에 의한 경화시에는 파장이 760nm~4900nm인 것을 사용할 수 있으며, 특히 파장이 1000~4900nm 인 IR이 바람직하다. 상기 범위를 벗어나는 경우 레이저로 경화시 전자부품에 손상을 줄 수 있기 때문이다.
레이저로 금속 전구체를 환원하여 소결하는 경우라도 경화성 수지가 열 또는 광으로 경화되는 재료 모두 가능하다. 레이저로 경화하는 경우라도 열로 경화되는 경화성 수지가 가능한 이유는 레이저에 의해 전극에 열이 발생하고 이때 발생한 열이 다시 경화성 수지의 경화에 필요한 열을 제공하기 때문이다.
본 발명의 제1측면에 따른 따른 이방도전성 조성물의 제B실시예는 금속 전구체, 상분리유도체, 경화성 수지(curable resin), 경화성 수지를 경화시키기 위한 경화제(curing agents), 경화제를 용해시키기 위한 용매, 및 전도성 입자를 포함한다.
전도성 입자는 은(Ag), 금(Au), 인듐(In), 구리(Cu), ITO(indium tin oxide), 팔라듐, 플레티늄, 니켈, 및 이리듐으로 이루어진 군에서 선택될 수 있으며, 0.01 ~ 5.0㎛ 범위의 크기를 갖는 나노 입자가 사용될 수 있다.
전도성 입자는 금속 전도성 전구체 60중량부에 대해서, 5 내지 15중량부로 포함되는 것이 바람직하다. 이로써, 전도성 입자를 소량 추가하는 것으로서, 전기전도성을 가지는 소결체에 더하여 전기 전도성을 보다 향상시킬 수 있다.
본 발명의 제1측면에 따른 이방도전성 조성물의 제C실시예는 금속 전구체, 상분리유도체, 경화성 수지(curable resin), 경화성 수지를 경화시키기 위한 경화제(curing agents), 경화성 수지, EHD((electrohydrodynamic)용 전기장 반응성 조절제, 전도성 표면 처리제(surface treatment agents)로 코팅된 전도성 입자를 포함한다.
한편, 제3실시예에 따른 이방도전성 조성물은 사용 용도에 따라 전기장에 의해 작동하는 인쇄 기술인 전기 수력학적 인쇄 방법(EHD)으로 사용되게 하기 위함이다.
전기 수력학적 인쇄방법은 전극과 작은 노즐 사이의 전기장에서 충전된 조성물의 흐름을 제어하여, 전기장의 영향을 받아 조성물은 가늘고 긴 제트로 분사되며, 이로 인해 미세한 입자 또는 섬유 형태로 분사한다.
이를 위하여, 전기장 반응성 조절제를 투입하여 전기장 내에서 이방 도전성 조성물이 제어되게 하며, 특히 본 실시예에서는 전도성 입자의 표면에 전도성 표면 처리제를 코팅함으로써 100cp 이상의 점도에서도 안정적인 인쇄가 가능하게 할 수 있다.
전기장 반응성 조절제는 인쇄 잉크의 점도를 적절하게 조절하고, 더욱 미세한 구조물을 만들거나, 전기 전도도를 조절하여 전기장에 대한 응답을 개선할 수 있으며, 인쇄 과정에서 액체가 안정적으로 분사되게하여, 더욱 고른 표면을 가지게 할 수 있으며, 또한 액체의 표면장력을 조절하여 정교한 구조물이나 복잡한 패턴을 만들 수 있다.
본 실시예의 전기장 반응성 조절제는 필요에 따라 유전체, 전도성 폴리머, 계면 활성제, 가교제로 구성되는 군에서 선택되는 적어도 하나 이상이 포함될 수 있다.
바람직하게 본 실시예에서는 전도성 폴리머를 사용함으로써, 전기전도도를 조절할 수 있다. 비제한적으로 전도성 폴리머는 폴리안릴아민 (Polyaniline, PANI), 폴리피롤 (Polypyrrole, PPy), 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜) (Poly(3,4-ethylenedioxythiophene), PEDOT), poly(3,4-ethylenedioxythiophene)polystyrene sulfonate(PEDOT:PSS)가 사용될 수 있다.
추가로 전기 수력학적 인쇄를 위해, 염화나트륨(NaCl), 황산(sulfonic acid), 염산(hydrochloric acid), 수산화나트륨(NaOH), 수산화칼륨(KOH)의 이온성 화합물이나, 은(Ag) 나노입자, 금(Au) 나노입자, 전도성 카본(carbon) 나노입자등의 전도성 나노입자 등이 더 포함될 수 있다.
전도성 표면 처리제(surface treatment agents)로 코팅된 전도성 입자에서, 전도성입자는 은(Ag), 금(Au), 인듐(In), 구리(Cu) 및 ITO(indium tin oxide), 팔라듐, 플레티늄, 니켈, 이리듐으로 이루어진 군에서 선택될 수 있으며, 0.01 ~ 5.0㎛ 범위의 크기를 갖는 입자가 사용될 수 있다.
전도성 입자는 금속 전도성 전구체 60중량부에 대해서, 5 내지 15중량부로 포함되는 것이 바람직하다. 이로써, 전기 전도성을 보다 향상시킬 수 있다.
전도성 표면처리제는 수용액상에서 극성을 가지는 고분자 또는 단분자 화합물을 말하며, 작용기로서 수산기(-OH), 아미드기(-CONH2), 에테르기(-C-O-C), 1차 아민(-NH2), 2차아민(-NHR), 3차 아민(--RNR), 카르복시기(-COO-M+), 술폰기(-SOOM), 인산기(-OPOOM) 황산기(-OSOOOM)를 가지는 화합물이다.
수용성 고분자의 예로는 전분(starch), 고무(gums), 다당류(polysaccharide), 수산기를 가지는 셀로로오스(cellulose), APO(acrylicpolyol), PEO(polyethylene oxide), PVA(polyvinylalcohol), PAAM(polyacrylamide), PVP(Polyvinylpyrrolidone), PAA(Polyacrylicacid), PSSA(polystrensulfonic acid), PPA(polyphosphoric acid),PESA(polyethylenesulfonic acid), PEI(polyethyleneimide), PA(polyamines),PAMAM(polyamideamine), poly(2-vinylpiperidine salt), 및 Poly(vinylamine salt)이다.
단분자 화합물의 예로는 카프릴산(caprylic acid), 펠라르곤산(pelargonic acid), 카프로산(caproic acid), 운데카논산(Undecanic acid), 라우르산(lauric acid), 미리스트산(myristic acid), 베헨산(behenic acid), 팔미트산(palmitic acid), 리그노세르산(lignoceric acid), 스테아르산(Stearic acid), 아라킨산(Eicosanoic Acid), 및 올레산(Oleic acid)이다.
본 발명의 바람직한 구체예에서, 수용성 고분자는 분자량(Mw)이500~1,000,000 범위가 바람직하다. 500 미만의 경우는 EHD의 전기장 반응성 및 기재와의 부착력이 좋지 않은 문제점이 있다. 반면 1,000,000 초과의 경우에는 점도가 매우 높아지게 되어 인쇄하기 어려운 문제점이 있다.
본 발명의 바람직한 구체예에서, 상기 수용성 고분자 또는 단분자 화합물인 전도성 표면처리제는 융점(melting point)가 0~120℃ 범위이다. 120℃ 초과의 경우에는 융점이 높아 경화성 수지의 수지 배제능이 떨어지고, 금속층간의 통전(electric path)이 되지 않는 문제점이 있다. 반대로 0℃ 미만의 융점을 가지는 표면처리제를 사용할 경우 상온에서 전도성 입자를 균일하게 분산시키기 어려운 단점이 있다.
<제2측면>
본 발명의 제2측면은 이방도전성 접속방법이다. 도 1은 본 측면의 일실시예에 따른 이방도전성 조성물을 이용한 전극간 본딩과정을 도시한다. 이에 따르면, 본 실시예에 따른 이방도전성 접속방법은 도포단계, 압착단계, 및 경화단계를 포함한다.
도포단계는 이방 도전성 조성물을 제1전극상에 도포하는 단계이다. 이 때, 이방 도전성 조성물은 금속 전구체, 상분리유도제, 경화성 수지(curable resin), 경화성 수지를 경화시키기 위한 경화제(curing agents), 경화성 수지 및 경화제를 용해시키기 위한 용매를 포함한다.
도포단계에서 조성물의 도포는 사용되는 응용제품의 용도에 따라서 스크린인쇄, 잉크젯, 닥터블레이드, 슬롯다이, 디스펜서, eHD 프린팅, 스핀코팅, pad 프린팅로 구성되는 군에서 선택되는 하나의 방법이 사용될 수 있다. 각 방법에 대한 설명은 다음과 같다.
스크린인쇄(Screen printing): 스크린 인쇄는 잉크를 특수 제작된 메시 스크린을 통해 기판에 전달하는 인쇄 방식으로서, 두께가 있는 도료를 다양한 기판에 인쇄할 수 있는 장점이 있음.
잉크젯(Inkjet printing): 잉크젯 프린팅은 노즐을 통해 미세한 잉크 방울을 기판에 분사하는 디지털 인쇄 방식으로서, 고해상도와 빠른 생산 속도를 가지며, 유연한 기판과 반도체 소자에도 사용됨.
닥터블레이드(Doctor blade): 닥터 블레이드는 스크린 인쇄 공정에서 사용되는 날카로운 날 부착된 도구로, 잉크를 고르게 퍼뜨리고 초과분을 제거하는 데 사용되며, 잉크의 두께와 일정성을 높여 전자 인쇄의 품질을 향상시킴.
슬롯다이(Slot die): 슬롯 다이는 도료나 접착제를 일정한 두께로 기판에 코팅하는 방법으로서, 정확한 두께 제어와 높은 생산 효율로 인해 전자 부품 및 소자의 제조에 사용됨.
디스펜서(Dispenser): 디스펜서는 작은 양의 잉크, 접착제 또는 도료를 정밀하게 기판에 놓는 장치로서, 전자 부품의 접착, 소자 배치 등 다양한 전자 인쇄 작업에 사용됨.
eHD 프린팅(eHD printing): eHD 프린팅은 전기장을 이용해 높은 정밀도와 해상도의 인쇄를 가능하게 하는 기술로서, 미세한 전자 소자, 유기 발광 다이오드(OLED) 디스플레이 등에 사용됨.
스핀코팅(Spin coating): 스핀 코팅은 고속 회전하는 기판 위에 액체 또는 젤 상태의 소재를 떨어뜨림으로써 일정한 두께의 코팅을 형성하는 공정으로서, 고르고 얇은 코팅을 만들기 위해 다양한 전자 소자와 반도체 공정에서 사용됨.
패드 프린팅(Pad printing): 패드 프린팅은 부드러운 실리콘 패드를 사용하여 인쇄판에서 잉크를 가져와 복잡한 모양이나 표면의 기판에 전달하는 인쇄 기술로서, 곡면이나 불규칙한 표면의 전자 부품에도 인쇄할 수 있어 다양한 전자 제품의 제조에 활용됨.
한편 금속 전구체는 도포시에는 금속염의 형태로서 액상에 용해되어 있으나, 열이나 광에 의해 환원되어 전도성 금속으로 기능하게 된다. 이 때, 환원되는 전도성 금속은 입자덩어리(이하, 소결체라고 함)를 이루면서 금속전도성을 가지게 된다.
상분리유도제는 열이나 광에 의해 경화될 때 경화성수지와 환원되는 금속 전구체를 서로 상분리시켜서 도포된 상태에서 각 금속과 수지가 위치하는 영역이 구분되게 한다.
이 때, 도포된 도막 내에서 환원된 금속은 적어도 하나의 소결체를 형성하며, 경화성 수지가 분포하는 고분자 영역에 이라고 할 때, 소결체는 고분자 내부에 분포하게 된다.
경화성 수지 및 경화제는 일반적인 열경화 또는 광경화에 적합한 수지로서, 열 또는 광경화시 상분리유도제에 의해서 금속과는 분리되는 고분자영역을 형성하면서 경화된다.
용매는 수지를 용해하는 물질로서 용해 후 조성물의 점도는 25℃에서 5 내지 10,000cP, 바람직하게는 10~2,000cP가 보다 바람직하다.
압착단계는 제1전극(20) 상에 도포된 이방 도전성 조성물(I)을 제2전극(30)과의 사이에서 압착하는 단계이다. 이 때, 제1전극(20)과 제2전극(30)사이의 간격은 10nm 내지 10μm, 바람직하게 10nm 내지 1000nm, 바람직하게 100 내지 450nm인 것이 바람직하며, 보다 바람직하게 140 내지 440nm이다. 간격이 상기 범위를 초과하는 경우 접촉 저항이 증가하는 문제점이 있고, 상기 범위 미만인 경우 접착력이 약한 문제점이 있다.
압착단계에서 이방 도전성 조성물은 아직 금속 전구체는 환원이 진행되지 않고, 고분자 수지도 경화가 진행되지 않은 상태이므로 원하는 간격을 형성하도록 압력을 가할 수 있다.
경화단계는 제1전극(20)과 제2전극(30)사이에 도포된 이방 도전성 조성물을 경화하여 제1전극(20)과 제2전극(30)을 전기적으로 접속하는 단계이다. 이 때, 이방 도전성 조성물이 경화된 도막은 제1전극(20)과 제2전극(30)의 연결방향으로만 전기가 흐르는 이방도전성을 가진다.
경화단계에서 금속 전구체는 제1전극(20) 및 제2전극(30)의 연결방향으로 가압되면서 열 또는 광에 의해 환원되어 금속 소결체가 되어, 도막 내에서 금속 소결체는 제1전극(20) 및 제2전극(30)과 각각 전기적 연결되고, 제1전극(20)과 제2전극(30)의 연결방향과 다른 방향은 고분자영역에 둘러싸여 노출되지 않으면서 서로 이격되어 전기가 통하지 않게 된다.
경화단계는 레이저, IPL(Intense pulse light), IR(infrared), UV(ultraviolet), NIR(Near infrared) 로 구성되는 군에서 선택되는 하나로 이루어질 수 있다.
또한, 경화는 오븐 또는 핫플레이트(hot plate)방법으로 이루어질 수 있다.
도 2는 본 측면의 다른 실시예에 따른 이방도전성 조성물을 이용한 전극간 본딩과정을 도시한다. 이에 따르면, 본 실시예에 따른 이방도전성 접속방법은 도포단계, 압착단계, 및 경화단계를 포함한다.
도포단계는 x-y평면상에서 이격되면서 나란히 배열된 2개의 전극인 제3전극(120a)과 제4전극(120b)에 동시에 이방 도전성 조성물을 도포한다.
이 때, 이방 도전성 조성물이 2개의 전극을 연속적으로 걸쳐 도포된다. 이방 도전성 조성물은 금속 전구체, 상분리유도제, 경화성 수지(curable resin), 경화성 수지를 경화시키기 위한 경화제(curing agents), 경화성 수지 및 경화제를 용해시키기 위한 용매를 포함한다.
금속 전구체는 도포시에는 금속염의 형태로서 액상에 용해되어 있으나, 열이나 광에 의해 환원되어 전도성 금속으로 기능하게 된다. 이 때, 환원되는 전도성 금속은 적어도 하나의 소결체를 이루게 된다.
상분리유도제는 열이나 광에 의해 경화될 때 경화성수지와 환원되는 금속 전구체를 서로 상분리시켜서 도포된 상태에서 각 금속과 수지가 위치하는 영역이 구분되게 한다.
이 때, 도포된 도막 내에서 환원된 금속은 환원되면서 적어도 하나의 소결체로 소결되고, 경화성 수지가 분포하는 영역을 고분자영역이라고 할 때, 소결체는 대향하는 전극들을 서로 연결한다. 이 때 소결체 높이는 10nm 내지 10μm, 바람직하게 10nm 내지 1000nm이다.
경화성 수지 및 경화제는 일반적인 열경화 또는 광경화에 적합한 수지로서, 열 또는 광경화시 상분리유도제에 의해서 금속과는 분리되는 고분자영역을 형성하면서 경화된다.
용매는 수지를 용해하는 물질로서 용해 후 조성물의 점도는 25℃에서 5 내지 10,000cP, 바람직하게는 10~2,000cP가 보다 바람직하다.
압착단계는 제3전극(120a)과 제4전극(120b)상에 도포된 이방 도전성 조성물에서 제3전극(120a)의 상부영역에 전자부품의 제5전극(130a)을 연결하고, 제4전극(120b)의 상부에 전자부품의 제6전극(130b)을 연결하여 제3전극(120a)과 제5전극(130a)을 서로 압착하고, 제4전극(120b)과 제6전극(130b)을 서로 압착하는 단계이다.
이 때, 제3전극(120a)과 제5전극(130a)사이의 간격 및 제4전극(120b)과 제6전극(130b) 사이의 간격은 10nm 내지 10μm, 바람직하게 10nm 내지 1000nm, 바람직하게 100 내지 450nm인 것이 바람직하며, 보다 바람직하게 140 내지 440nm이다. 간격이 상기 범위를 초과하는 경우 접촉 저항이 증가하는 문제점이 있다.
압착단계에서 이방 도전성 조성물은 아직 금속 전구체는 환원이 진행되지 않고, 고분자 수지도 경화가 진행되지 않은 상태이므로 원하는 간격을 형성하도록 압력을 가할 수 있다.
경화단계는 금속이 환원되어 시드층이 형성되는 제1단계와, 금속이 성장하여 소결되고 바인더는 경화되는 제2단계로 나누어진다.
제1단계는 금속전구체가 잉크 상태에서는 금속이온으로 존재하다가, 열 또는 레이저에 의해 전구체의 금속이온이 환원되는 과정에 금속으로 되어있는 칩과 기판의 전극 부분에 표면에 금속으로 환원이 되어 시드(seed) 층이 형성된다.
제2단계는 시드 층을 중심으로 점차로 금속입자가 성장해 가고, 금속입자의 성장과 동시에 상분리유도제에 의해 금속층과 바인더 층으로 분리되며, 이후 각각 서로 다른 영역에서 금속은 소결되고 바인더는 경화된다.
이에, 제3전극(120a)과 제5전극(130a) 및 제4전극(120b)과 제6전극(130b) 사이에 도포된 이방 도전성 조성물을 경화하여 제3전극(120a)과 제5전극(130a) 및 제4전극(120b)과 제6전극(130b)을 전기적으로 접속한다. 이 때, 이방 도전성 조성물이 경화된 도막(II)은 제3전극(120a)과 제5전극(130a)의 연결방향과 제4전극(120b)과 제6전극(130b)의 연결방향 즉, z방향으로만 전기가 흐르는 이방도전성을 가진다.
경화단계에서 금속 전구체는 제3전극(120a)과 제5전극(130a) 및 제4전극(120b)과 제6전극(130b)의 연결방향으로 가압되면서 열 또는 광에 의해 환원되어 금속 소결체가 되어, 도막 내에서 제3전극과 제5전극의 연결 방향(동일하게 제4전극과 제6전극의 연결방향)으로만 노출 및 연결되고, 제3전극과 제5전극의 연결방향(동일하게 제4전극과 제6전극의 연결방향)과 다른 방향은 고분자영역에 둘러싸여 소결체끼리는 서로 이격되어 수평방향으로는 전기가 통하지 않게 된다.
도 3a는 상분리 유도제가 사용되지 않은 경우의 전자현미경 사진으로서, 소결체가 형성되지 않음을 보여준다. 반면 도 3b는 상분리유도제가 사용된 경우의 전자현미경 사진으로서 소결체와 고분자영역을 보여준다
따라서, 이방 도전성 조성물이 제3전극(120a)과 제4전극(120b)에 이어 걸쳐서 도막을 형성하더라도 제3전극(120a)과 제4전극(120b)의 연결방향으로는 전기가 흐르지 않아서 제3전극과 제4전극 사이에 쇼트가 발생하지 않는다.
예를 들어, 전자부품이 마이크로LED인 경우 마이크로LED의 제5전극(120b)과 제6전극(120b)이 각각 기판의 제5전극과 제6전극에 연결되는 경우에도 쇼트가 나지 않고 LED가 점등되게 된다.
한편, 경화단계에서 레이저로 금속 전구체를 환원하여 소결하는 경우라도 경화성 수지가 열 또는 광으로 경화되는 재료 모두 가능하다. 레이저로 경화하는 경우라도 열로 경화되는 경화성 수지가 가능한 이유는 레이저에 의해 전극에 열이 발생하고 이때 발생한 열이 다시 경화성 수지의 경화에 필요한 열을 제공하기 때문이다.
<제3측면>
본 발명의 제3측면은 이방도전성 조성물이 사용된 접속구조체이다.
도 4의 (a)는 본 실시예에 따른 접속구조체를 설명하는 개념도로서, 본 실시예에 따른 접속구조체는 제1전극(20), 제2전극(30), 및 제1전극(20)과 제2전극(30)을 전기적으로 연결하는 접속재(70)를 포함한다.
제1전극(20)은 소자 또는 기판에 형성된 전기적 접속을 위한 전극이며, 전극의 재료는 제한되지 않는다.
제2전극(30)은 제1전극(20)의 소자나 기판에 형성된 전기적 접속을 위한 전극으로서, 예를 들면, 마이크로엘이디칩의 전극을 부착하기 위한 백플레인 기판일 수 있고, 제2전극(30)은 제1전극(20)과 대향하는 위치에 구비되며, 금(Au) 또는 몰리브덴-알루미늄-몰리브덴의 적층구조를 가지는 전극일 수 있다.
이때, 제1전극(20)과 제2전극(30)은 각각 대향하며, 제1전극(20)과 제2전극(30)사이의 간격은 10nm 내지 10μm, 바람직하게 10nm 내지 1000nm, 바람직하게 100 내지 450nm인 것이 바람직하며, 보다 바람직하게 140 내지 440nm이다. 간격이 상기 범위를 초과하는 경우 접촉 저항이 증가하는 문제점이 있다. 이 때, 각 전극의 폭은 1 내지 1000㎛, 바람직하게 3 내지 80㎛이다.
접속재(70)는 제1전극(20)과 제2전극(30)을 전기적으로 연결하기 위한 재료로서, 제1전극(20)과 제2전극(30)의 연결방향으로만 전기가 흐르고, 제1전극(20)과 제2전극(30)의 연결방향과 다른 방향으로는 전기가 흐르지 않도록 이방성 도전접속재이다.
이 때, 접속재는 제1전극(20)과 제2전극(30) 사이에 위치하여 물리적 및 전기적으로 접속하며, 경화시 제1전극(20)과 제2전극(30)은 사이의 이방전도성 조성물은 압력에 의해서 눌려지면서 경화된다.
이방전도성 조성물은 금속 전구체, 상분리유도체, 경화성 수지(curable resin), 경화성 수지를 경화시키기 위한 경화제(curing agents), 경화성 수지 및 경화제를 용해시키기 위한 용제를 포함한다.
이방전도성 조성물의 경화 도막은 금속 전구체로부터 유래하는 금속이온이 환원되어 형성되는 소결체가 경화성 수지가 경화되어 형성된 고분자가 위치하는 영역으로부터 분리된 구조를 가진다. 이 때, 소결체가 위치하는 영역과 고분자가 위치하는 영역은 복수개가 서로 혼성된다.
즉, 금속전구체가 잉크 상태에서는 금속이온으로 존재하다가, 열 또는 레이저에 의해 전구체의 금속이온이 환원되는 과정에 금속으로 되어있는 칩과 기판의 전극 부분에 표면에 금속으로 환원이 되어 시(seed) 층이 형성되고, 시드 층을 중심으로 점차로 금속입자가 성장해 가고, 금속입자의 성장과 동시에 상분리유도제에 의해 금속층과 바인더 층으로 분리되며, 이후 각각 서로 다른 영역에서 금속은 소결되고 바인더는 경화된다.
도 4의 (b)는 다른 실시예에 따른 접속구조체를 설명하는 개념도로서, 2개의 전극이 2개의 대향하는 전극을 가진 접속구조체이다. 본 실시예에 따른 접속구조체는 제3전극(120a), 제4전극(120b), 제5전극(130a), 제6전극(130b) 및 제3전극-제5전극 및 제4전극-제6전극을 전기적으로 연결하는 접속재(170)를 포함한다.
제3전극(120a), 제4전극(120b)은 기판에 형성된 전기적 접속을 위한 전극으로서, 예를 들면, 마이크로LED를 부착하기 위한 백플레인 기판일 수 있고, 제5전극은 제3전극과 대향하는 위치에 구비되어, 제3전극에 대향하는 전극을 제5전극, 제4전극에 대향하는 전극을 제6전극으로 칭하며, 몰리브덴-알루미늄-몰리브덴의 적층구조를 가지는 전극일 수 있다.
제5전극(130a), 제6전극(130b)은 전자부품에 형성된 소자에 형성된 전기적 접속을 위한 전극으로서, 예를 들어, 반도체칩이나 마이크로 엘이디칩일 수 있다. 마이크로엘이디칩인 경우 전극은 금일 수 있고, 하나의 전자부품이 양극과 음극의 2개의 전극인 제5전극(130a), 제6전극(130b)을 가질 수 있다.
이 때, 제3전극과 제4전극(제5전극과 제6전극) 사이의 간격은 1 내지 50㎛ 바람직하게 3 내지 50㎛이고, 각 전극의 폭은 1 내지 1000㎛, 3 내지 80㎛이다.
한편, 제3전극과 제5전극 (제4전극과 제6전극)사이의 간격은 간격은 10nm 내지 10μm, 바람직하게 10nm 내지 1000nm, 바람직하게 100 내지 450nm인 것이 바람직하며, 보다 바람직하게 140 내지 440nm이다. 간격이 상기 범위를 초과하는 경우 접촉 저항이 증가하는 문제점이 있다.
접속재는 제3전극과 제5전극(제4전극과 제6전극)을 전기적으로 연결하기 위한 재료로서, 제3전극과 제5전극, 제4전극과 제6전극의 연결방향으로만 전기가 흐르고, 제3전극과 제5전극(제4전극과 제6전극)의 연결방향과 다른 방향으로는 전기가 흐르지 않는 이방성 도전접속재이다.
따라서, 이방 도전성 조성물이 제3전극과 제4전극에 연결되어 걸쳐서 도막을 형성하더라도 제3전극과 제4전극의 연결방향으로는 전기가 흐르지 않아서 제3전극과 제4전극 사이에 쇼트가 발생하지 않는다.
이 때, 접속재는 제3전극과 제5전극(제4전극과 제6전극) 사이에 위치하여 물리적 및 전기적으로 접속하며, 경화시 제1전극과 제2전극은 사이의 이방전도성 조성물은 압력에 의해서 눌려지면서 경화된다.
이방전도성 조성물은 금속 전구체, 상분리유도체, 경화성 수지(curable resin), 경화성 수지를 경화시키기 위한 경화제(curing agents), 경화성 수지 및 경화제를 용해시키기 위한 용제를 포함한다.
이방전도성 조성물의 경화물은 금속 전구체로부터 유래하는 금속이온이 환원되어 형성되는 소결체가 경화성 수지가 경화되어 형성된 고분자 영역에 속하지 않으면서 분리되어 분포하는 구조를 가진다. 이 때, 소결체영역과 고분자 영역은 서로 분리되게 분포한다.
예를 들어, 전자부품이 마이크로LED인 경우 마이크로LED의 제5전극과 제6전극이 각각 기판의 제3전극과 제4전극에 연결되는 경우 쇼트가 나지 않고 LED가 점등되게 된다.
도 5는 본 실시예에 따라 열 또는 레이저 경화시 금속입자의 환원과 소결 및 경화성 수지의 경화에 따라 소결체가 위치하는 영역과 고분자가 위치하는 영역은 복수개가 서로 혼성되면서 이방성 구조를 가지는 메커니즘을 설명하는 모식도이다.
이에 따르면, 본 실시예로 제조된 잉크를 이용하여 금속을 소결하고 바인더를 경화할 경우 초기에는 LED chip 전극(120a)과 기판의 전극(110)의 각 표면에 금속 소결체가 형성되기 시작한다. 소결이 진행될수록 표면에 형성된 금속 소결체를 기준으로 점점 더 금속 소결체가 성장하게 되어 LED chip 전극(120a)과 기판의 전극(110)을 서로 연결하게 되는 것으로 파악되었다.(이는 후술할 도 24, 도 25에서 확인된다.) 즉, 금속 소결체는 LED chip 전극(120a)과 기판의 전극(110)면에서 각각 형성된 금속 소결체가 성장하여 서로 접합되어 형성된다.
전술한 설명에서는 설명의 편의상 전극들의 개수를 한정하여 설명하였으나, N개의 하부전극들과 이에 대향하는 N개의 상부전극들로 이루어지는 접속구조체에서도 동일하게 적용될 수 있음을 당업자는 인식할 것이다.
<실시예>
하기 표 1과 같은 실시예 1 내지 실시예 10, 비교예 1 내지 비교예 6의 이방도전성 조성물을 제조하였다.
<제조예 1>
교반기가 구비된 히팅맨틀(Heating mantle)과 250ml의 3-Neck Round bottom Flask를 준비하고, silver oxide(Ag2O, 삼전순약) 5.0g을 3-Neck Round bottom Flask에 투입하였다. 여기에 Methanol anhydrous 60g을 투입하고, 교반기를 사용하여 300rpm의 속도로 교반하면서 온도를 30℃로 유지하였다. 여기에 2-Ethylhexylacid 2.0g과 2-Ethylhexylamine 4.0g을 연속식정량이송펌프(카스사이언스(주) PP-150D)를 이용하여 0.1g/min의 속도로 서서히 투입하며 용액의 색이 검은색에서 투명해질 때까지 30℃로 유지하면서 24시간동안 교반을 진행하였다. 투명해진 용액을 진공, 85℃ 조건에서 Rotary Evaporator(진공회전농축기)를 이용하여 농축과정을 진행하며 점도를 측정하였으며, 점도가 5,000cPs가 될 때까지 농축하여 제1금속 전구체로 은(Ag)전구체를 포함하는 전구체 용액을 제조하였다.
<제조예 2>
교반기가 구비된 250ml의 3-Neck Round bottom Flask를 준비하고, silver oxide(Ag2O) 5.0g과 Indium oxide(In2O3) 0.5g을 각각 3-Neck Round bottom Flask에 투입하였다. 여기에 Acetic acid 20g과 Methanol anhydrous 60g을 투입하고, 교반기를 사용하여 300rpm의 속도로 교반하였다. 여기에 2-Ethylhexylacid 2.0g과 2-Ethylhexylamine 4.0g을 서서히 투입하며 용액의 색이 투명해질 때까지 24시간동안 교반을 진행하였다. 투명해진 용액을 진공, 85℃ 조건에서 Rotary Evaporator(진공회전농축기)를 이용하여 점도가 4,500cPs가 될 때까지 농축하여 은-인듐 전구체(Ag-Indium precursor)를 포함하는 전구체 용액 을 합성하였다.
<제조예 3>
교반기가 구비된 250ml의 3-Neck Round bottom Flask를 준비하고, Copper(II) formate tetrahydrate 3.0을 3-Neck Round bottom Flask에 투입하였다. 여기에 Acetic acid 20g과 Methanol anhydrous 60g을 투입하고, 교반기를 사용하여 300rpm의 속도로 교반하였다. 여기에 n-butylamine 5.0g과 2-Ethylhexylacid 1.0g을 서서히 투입하며 용액의 색이 투명한 푸른색이 될 때까지 24시간동안 교반을 진행하였다. 투명한 푸른색의 용액을 진공, 85℃ 조건에서 Rotary Evaporator(진공회전농축기)를 이용하여 점도가 3,000cPs가 될 때까지 농축하여 구리 전구체(Copper precursor)를 포함하는 전구체 용액을 합성하였다.
<실시예 1 내지 실시예 10> : 조성물
<실시예 1>
100ml 비이커에 제조예 1에서 얻어진 전구체 60g넣고, 부틸아세테이트 10g과 부틸카비톨 10g 각각 투입한다. 교반기를 사용하여 300rpm의 속도로 교반하면서 온도를 50℃로 유지하여 완전히 용해시킨 후 상온까지 냉각하였다. 얻어진 투명 전구체 용액에 에폭시 수지(YD-114E, 국도화학)5g, 2-Phenyl-4-methylimidazole 5g을 각각 투입하여 300rpm의 속도로 교반하면서 완전히 용해시켰다. 그 후 상분리유도제인 카프릴산 10g을 투입하여 완전히 용해시켜 잉크를 제조하였다.
<실시예 2 내지 실시예 3> : 조성물
실시예 1과 동일하되, 하기 표 1과 같이 제조예 2와 3에서 얻어진 전구체를 사용하고, 상분리유도제를 변경하여, 실시예 2와 실시예 3을 제조하였다.
<실시예 4 내지 실시예 5>
실시예 1과 동일하되, 하기 표 1과 같이 경화성 수지를 변경하여, 실시예 4와 실시예 5를 제조하였다.
<실시예 6 내지 실시예 7>
실시예 1과 동일하되, 하기 표 1과 같이 경화제를 변경하여, 실시예 6와 실시예 7을 제조하였다.
<실시예 8 내지 실시예 9>
실시예 1과 동일하되, 금속나노입자로서 각각 Ag Nano particle dispersion (20nm, aldrich, 730793) 10g, Cu Nano particle dispersion(WiNEL㈜, 60nm)10g을 더 포함하고, 금속나노입자를 포함시킨 양만큼 용매의 줄여서 실시예 8 및 실시예 9를 제조하였다
<실시예 10>
실시예 9과 동일하되, 전기장 반응성 조절제로 설폰산(sulfonic acid) 1.5을 더 포함하고, Ag 나노입자 50g을 에탄올 500g에 호모게나이져를 이용하여 분산하여 분산용액을 제조하였다. 이렇게 제조된 분산용액에 전도성 표면처리제로 분자량 10,000(aldrich사)인 PVP(Polyvinylpyrrolidone)10g을 넣어 완전히 용해시키면서 호모게나이져를 이용하여 코팅용액을 제조하고, 코팅용액을 원심분리기를 이용하여 금속코팅 나노입자를 침전시켜 슬러지를 제조하였다. 제조된 슬러지를 동결건조기를 이용하여 완전히 건조하여 PVP로 코팅된 전도성 입자를 제조하여, 표면처리된 금속입자를 사용하였다.
<비교예 1>
실시예 1과 동일하되, 상분리유도제를 포함하지 않고, 용매의 양을 늘려서 비교예 1을 제조하였다.
<비교예 2>
실시예 1과 동일하되, 경화성 수지를 포함하지 않고, 용매의 양을 늘려서 비교예 1을 제조하였다.
<비교예 3>
실시예 1과 동일하되, 상분리유도제를 포함하지 않고, 용매의 양을 늘려서 비교예 1을 제조하였다.
<비교예 4 내지 5>
실시예 1과 동일하되, 상분리유도제를 포함하지 않고, 금속나노입자를 포함시켜서 비교예 4, 5를 제조하였다.
<비교예 6>
실시예 1과 동일하되, 금속 전구체를 포함하지 않고 종래와 같이 금속나노입자만 포함시켜서 비교예 6을 제조하였다.
실시예들과 비교예들의 조성을 표 1 내지 표 3에 정리하였다.
잉크화 조성 제조사 및 모델 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5 실시예 6 실시예 7 실시예 8 실시예 9 실시예 10
금속 전도성 전구체 제조예 1 전구체 60 　 　 60 60 60 60 60 60 60
제조예 2 전구체 　 60 　 　 　 　 　 　 　
제조예 3 전구체 　 　 60 　 　 　 　 　 　
상분리유도제 카프릴산(caprylic acid) 10 　 　 10 10 10 10 10 10 10
팔미트산(palmitic acid) 　 10 　 　 　 　 　 　 　
올레산 (Oleic acid) 　 　 10 　 　 　 　 　 　
경화수지 YD-114E
(KUKDO, Bisphenol-A type liquid epoxy resin)		 5 5 5 　 　 5 5 5 5 4.5
YD-128
(KUKDO, Unmodified Bisphenol-A based Liquid Epoxy Resin)		 　 　 　 5 　 　 　 　 　
YDF-170
(KUKDO, BISPHENOL-F TYPE EPOXY RESIN)		 　 　 　 　 5 　 　 　 　
경화제 2-Phenyl-4-methylimidazole(aldrich) 5 5 5 5 5 　 　 5 5 4.5
2,4,6-Tris(dimethylaminomethyl)phenol(aldrich) 　 　 　 　 　 5 　 　 　
Tris(4-methoxyphenyl)phosphine(tokyo chem) 　 　 　 　 　 　 5 　 　
금속입자 Ag Nano particle dispersion (20nm, aldrich, 730793) 　 　 　 　 　 　 　 10 　
Cu Nano particle dispersion(WiNEL㈜, 60nm) 　 　 　 　 　 　 　 　 10 10
전기장반응
조절제		 설폰산(sulfonic acid) 1.5
잉크화 용제 butyl actetate 10 10 10 10 10 10 10 　 　
butyl carbitol 10 10 10 10 10 10 10 10 10 9.5
합계(wt%) 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100
잉크화 조성 제조사 및 모델 실시예 21 실시예 22 실시예 23 실시예 24 실시예 25 실시예 26 실시예 27 실시예 28
금속 전도성 전구체 제조예 1 전구체 60 　 　 60 60 60 60 60
제조예 2 전구체 　 60 　 　 　 　 　 　
제조예 3 전구체 　 　 60 　 　 　 　 　
상분리유도제 카프릴산(caprylic acid) 10 　 　 　 　 　 　 　
팔미트산(palmitic acid) 　 10 　 　 　 　 　 　
올레산 (Oleic acid) 　 　 10 　 　 　 　 　
경화수지 YD-114E
(KUKDO, Bisphenol-A type liquid epoxy resin)		 　 　 　 5 　 　 5 5
YD-128
(KUKDO, Unmodified Bisphenol-A based Liquid Epoxy Resin)		 　 　 　 　 5 　 　 　
YDF-170
(KUKDO, BISPHENOL-F TYPE EPOXY RESIN)		 　 　 　 　 　 5 　 　
경화제 2-Phenyl-4-methylimidazole(aldrich) 　 　 　 5 5 5 　 　
2,4,6-Tris(dimethylaminomethyl)phenol(aldrich) 　 　 　 　 　 　 5 　
Tris(4-methoxyphenyl)phosphine(tokyo chem) 　 　 　 　 　 　 　 5
금속입자 Ag Nano particle dispersion (20nm, aldrich, 730793) 　 　 　 　 　 　 　 　
Cu Nano particle dispersion(WiNEL㈜, 60nm) 　 　 　 　 　 　 　 　
전기장반응
조절제		 설폰산(sulfonic acid) 　 　 　 　 　 　 　 　
잉크화 용제 butyl actetate 10 10 10 10 10 10 10 10
butyl carbitol 10 10 10 10 10 10 10 10
합계(wt%) 100 100 100 100 100 100 100 100
잉크화 조성 제조사 및 모댈 비교예1 비교예2 비교예3 비교예4 비교예5 비교예6
금속 전도성 전구체 제조예 1 전구체 60 60 60 80 80 　
제조예 2 전구체 　 　 　 　 　 　
제조예 3 전구체 　 　 　 　 　 　
상분리유도제 카프릴산(caprylic acid) 　 10 10 　 　 10
팔미트산(palmitic acid) 　 　 　 　 　 　
올레산 (Oleic acid) 　 　 　 　 　 　
경화수지 YD-114E
(KUKDO, Bisphenol-A type liquid epoxy resin)		 5 　 5 5 5 5
YD-128
(KUKDO, Unmodified Bisphenol-A based Liquid Epoxy Resin)		 　 　 　 　 　 　
YDF-170
(KUKDO, BISPHENOL-F TYPE EPOXY RESIN)		 　 　 　 　 　 　
경화제 2-Phenyl-4-methylimidazole(aldrich) 5 5 　 5 5 5
2,4,6-Tris(dimethylaminomethyl)phenol(aldrich) 　 　 　 　 　 　
Tris(4-methoxyphenyl)phosphine(tokyo chem) 　 　 　 　 　 　
금속입자 Ag Nano particle dispersion (20nm, aldrich, 730793) 　 　 10 　 　
Cu Nano particle dispersion(WiNEL㈜, 60nm) 　 　 　 10 70
잉크화 용제 butyl actetate 20 15 15 5 5 5
butyl carbitol 10 10 10 5 5 5
합계(wt%) 100 100 100 110 110 100
<실시예 11 내지 실시예 20> : 구조체
유리기판 상에 전극간 거리는 10㎛로 하여 Mo/Al/Mo로 적층된 2개의 전극을 형성하고, 2개의 전극상에 연결하여 실시예 1 내지 실시예 10, 비교예 1 내지 비교예 6의 이방 도전성 조성물을 도포하고, 마이크로엘이디의 2개의 전극을 기판상의 전극 상에 대향하고 압착하였다. 이후, 이방 도전성 조성물을 레이저 (IR laser(Infrared (IR) Lasers, 1064nm)) 소결 시간을 10초 및 30초로 진행하여 금속전구체와 고분자를 각각 소결 및 경화하여 기판상에 마이크로엘이디를 접착하여 실시예 11 내지 실시예 19로 하였다. 다만, 실시예 20은 실시예 1과 동일하게 진행하되 레이져 경화가 아닌 열경화를 진행하였다. 이때 열경화 온도는 150℃에서 40분간(오븐 (conventional Oven)) 소결 및 경화를 진행하였다.
<비교예 7 내지 비교예 12> : 구조체
유리기판 상에 전극간 거리는 10㎛로 하여 Mo/Al/Mo로 적층된 2개의 전극을 형성하고, 2개의 전극상에 연속하여 걸치도록 비교예 1 내지 비교예 6의 이방 도전성 조성물을 도포하고, 마이크로엘이디의 2개의 금(Au)전극을 기판 상의 2개의 전극과 대향되도록 압착하였다. 이후, 이방 도전성 조성물을 경화하여 기판상에 마이크로엘이디를 접착하여 비교예 7 내지 비교예 12로 하였다.
<실시예 21 내지 실시예 23> : 조성물
실시예 21은 실시예 1과 동일하되 상분리유도제를 옥틸아민 (Octylamine), 실시예 22는 실시예 2와 동일하되 2-에틸헥실아민 (2-ethylhexylamine), 실시예 23은 실시예 3과 동일하되, 1,3-디메틸-n-부틸아민(1,3-Dimethylbutylamine)을 각각 사용하였다.
<실시예 24>
실시예 24는 실시예 1과 동일하되, 하이드록시에틸아크릴레이트(hydroxy ethyl acrylate)와 벤조일퍼옥사이드(benzoyl peroxide)경화제를 사용하였다.
<실시예 25>
실시예 25는 실시예 1과 동일하되, 에틸메타아크릴레이트(ethyl metha acrylate)와 벤조일퍼옥사이드(benzoyl peroxide)경화제를 사용하였다.
<실시예 26>
실시예 26은 실시예 1과 동일하되, 에틸메타아크릴레이트(ethyl metha acrylate)와 벤조일퍼옥사이드(benzoyl peroxide)경화제를 사용하였다.
<실시예 27>
실시예 27은 실시예 1과 동일하되, 하이드록시에틸아크릴레이트(hydroxy ethyl acrylate)와 t-부틸하이드로퍼옥사이드(t-butyl hydroperoxide)경화제를 사용하였다.
<실시예 28>
실시예 28은 실시예 1과 동일하되, 하이드록시에틸아크릴레이트(hydroxy ethyl acrylate)와 디이소프로필벤젠하이드로퍼옥사이드(diisopropylbenzene hydroperoxide)경화제를 사용하였다.
<실시예 29 내지 36> 구조체
실시예 21 내지 실시예 28을 실시예 1과 같이 기판 상에 마이크로LED를 접속한 구조체로 제조하였다.
<실시예 37 내지 실시예 40> 구조체
<실시예 37>
실시예 11같이 동일하게 진행하되, 레이저 (IR laser(Infrared (IR) Lasers, 1064nm))를 사용하되 소결 시간을 10초로 진행하여 금속전구체와 고분자를 각각 소결 및 경화시켰다.
<실시예 38>
실시예 11같이 동일하게 진행하되, 레이저 (IR laser(Infrared (IR) Lasers, 1064nm))를 사용하되 소결 시간을 30초로 진행하여 금속전구체와 고분자를 각각 소결 및 경화시켰다.
<실시예 39>
실시예 11과 동일하게 진행하되, 레이저 (IR laser(Infrared (IR) Lasers, 1064nm)(실시예에서는 특정 포인트로 정해주시기 바랍니다. 예를 들면, 1500nm)) 소결 시간을 10초로 진행하여 금속전구체와 고분자를 각각 소결 및 경화시켰다.
<실시예 40>
실시예 11과 동일하게 진행하되, 레이저 (IR laser(Infrared (IR) Lasers, 1064nm)(실시예에서는 특정 포인트로 정해주시기 바랍니다. 예를 들면, 1500nm)) 소결 시간을 30초로 진행하여 금속전구체와 고분자를 각각 소결 및 경화시켰다.
<실시예 41 내지 실시예 45> 구조체
실시예 11과 동일하게 진행하되, 레이저 파장을 각각 786, 862, 1122, 1573, 2200, 2796nm로 하고, 소결 시간을 30초로 진행하여 금속전구체와 고분자를 각각 소결 및 경화시켰다.
<비교예 13 내지 비교예 16>
실시예 11과 동일하게 진행하되, 레이저 파장을 각각 266, 343, 355, 532 nm로 하고, 소결 시간을 30초로 진행하여 금속전구체와 고분자를 각각 소결 및 경화시켰다.
<실험예>
<실험예 1> 경화물의 교대상 형성 확인
실시예 11, 12, 13에 따른 이방도전성 조성물이 경화되어 전극을 연결하는 부위의 단면을 촬영하여 각각 도 6에 나타내었다. 이에 따르면, 단면상에서는 전도성을 가지는 소결체를 가지는 영역과 전도성을 가지지 않는 고분자영역이 형성되는 것을 확인하였다.
또한, 비교예 7, 12에 따른 이방도전성 조성물이 경화되어 전극을 연결하는 부위를 촬영하여 도 7에 나타내었다. 이에 따르면, 상분리유도제를 포함하지 않은 비교예 7에서는 금속소결체가 형성되지 않았고, 금속전구체 없이 금속나노입자만 포함시킨 비교예 12는 금속나노입자가 분산된 상태로 확인된 금속소결체를 형성하지는 않았다.
<실험예 2> 점등평가
마이크로엘이디의 점등율 평가는 제조된 이방도전성 조성물을 이용하여 서로 연결되지 않은 ITO전극에 걸쳐 도 8과 같이 실시예 1 내지 10, 비교예 1 내지 비교예 6의 이방도전성 조성물을 가로지르게 인쇄하고, IR laser(Infrared (IR) Lasers, 1064nm)를 이용하여 금속전구체와 고분자를 각각 소결 및 경화시켜 평가하였다. 도 9는 실제 점등 실험을 수행하는 사진이다.
<실험예 3> 저항 및 쇼트평가
전기저항 및 쇼트평가는 금 전극 사이에 실시예 1 내지 10, 비교예 1 내지 비교예 6의 이방도전성 조성물을 접속시켜 경화시킨 후 도 9와 같은 방법으로 수행하고, 표 2에 정리하였다
<실험예 4> 전자현미경 사진
실험예 2에서 실시예 1, 실시예 2, 실시예 3, 실시예 4, 실시예 9의 이방도전성 조성물을 경화시킨 후 도 10 및 도 11과 같이 경화부위를 전자현미경으로 촬영한 사진을 각각 도 12, 도 13에 나타내었다. 이에 따르면, 실시예들에 따른 경화물은 내부에 금속 소결체가 형성되는 것을 확인할 수 있다.
도 12는 실시예 1, 실시예 2, 실시예 3의 이방도전성 조성물을 도포한 후 칩없이 경화한 전자현미경사진과 칩을 장착한 후 경화한 전자현미경 사진을 도시하였다. 칩없이 경화한 사진은 절단 후 비스듬한 각도로 촬영한 사진이고, 다. 칩을 장착한 후 경화한 사진은 절단 단면의 사진이다.
도 13은 실시예 14, 도 14는 실시예 19의 전자현미경 사진이다.
도 15는 실시예 29의 전자현미경 사진이다. 도 16은 실시예 30, 도 17은 실시예 32, 도 18은 실시예 33, 도 19는 실시예 34, 도 20은 실시예 35, 도 21은 실시예 36, 도 22는 실시예 36의 전자현미경 사진이다.
도 24는 실시예 37 및 실시예 38의 소결 시간을 30초 진행 한 후 주사 현미경 사진을 나타내었다. 도 25는 실시예 39, 및 실시예 40의 소결 시간을 10초 진행 한 후 주사 현미경 사진을 나타내었다.
<실험예 5>
부착력은 ASTM D3359에 의하여 수행하였다.
실험예 2, 3, 5의 평가결과를 표 4 및 표 5 에 정리하였다.
실시예 11 실시예 12 실시예 13 실시예 14 실시예 15 실시예 16 실시예 17 실시예 18 실시예 19 실시예
20		 비교예
7		 비교예
8		 비교예
9		 비교예
10		 비교예
11		 비교예
12
물성 평가 전기적 short(유/무) 무 무 무 무 무 무 무 무 무 무 유 유 유 유 유 유
접촉저항(Ω) 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.49 0.48 0.5 0.5 0.5 0.5 20 90
Micro LED의 점등율(%) 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 0 0 0 5 10 30
부착력(cross-cut test, ASTM D3359) 5B 5B 5B 5B 5B 5B 5B 5B 5B 5B 5B 0B 0B 5B 5B 5B
실시예 29 실시예 30 실시예 31 실시예 32 실시예 33 실시예 34 실시예 35 실시예 36
물성 평가 전기적 short(유/무) 무 무 무 무 무 무 무 무
접촉저항(Ω) 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5
Micro LED의 점등율(%) 100 100 100 100 100 100 100 100
부착력(cross-cut test, ASTM D3359) 5B 5B 5B 5B 5B 5B 5B 5B
<실험예 6>
실시예 39 내지 실시예 44와 비교예 13 내지 비교예 16으로, 실험예 2, 3, 5와 동일하게 실험을 진행하여 표 6에 정리하였다.
항목 실시예 39 실시예 40 실시예 41 실시예 42 실시예 43 실시예 44 비교예 13 비교예 14 비교예 15 비교예 16
소결 및 경화 조건 레이저 파장(nm, 인가 시간 30초 고정) 786 852 1122 1573 2200 2796 266 343 355 532
물성 평가 전기적 short(유/무) 무 무 무 무 무 무 무 무 무 무
접촉저항(Ω) 0.4 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5
Micro LED의 점등율(%) 100 100 100 100 100 100 0 0 0 0
부착력(corss-cut test, ASTM D3359) 5B 5B 5B 5B 5B 5B 5B 5B 5B 5B
비고 chip 손상 chip 손상 chip 손상 chip 손상
이상의 설명은 본 발명을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 본 발명에 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 명세서에 개시된 실시예들은 본 발명을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 사상과 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 모든 기술은 본 발명의 권리범위에 포함하는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (17)

  1. 접합하고자 하는 적어도 하나의 제1전극에 금속 전구체와 경화성 수지를 포함하는 이방도전성 조성물을 도포하는 도포단계; 및
    상기 제1전극에 대향하는 제2전극으로 상기 제1전극 상에 도포된 상기 이방도전성 조성물을 상기 제2전극과의 사이에서 가압하는 압착단계;
    상기 이방도전성 조성물을 도포한 후 열 또는 광을 인가하여 상기 이방도전성 조성물을 경화시켜 경화물을 형성하며, 상기 경화물 내에는 상기 제1전극과 상기 제2전극을 연결하는 금속 소결체가 형성되는 경화단계를 포함하는 이방도전성 접속방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 경화단계에서 상기 금속 소결체는 상기 경화물에서 서로 상분리되어 있는 이방도전성 접속방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 이방도전성 조성물의 도포는 스크린인쇄, 잉크젯, 닥터블레이드, 슬롯다이, 디스펜서, eHD 프린팅, 스핀코팅, pad 프린팅로 구성되는 군에서 선택되는 하나인 이방도전성 접속방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 압착은 소정의 열을 가하면서 압착 방법(hot press)으로 이루어지는 이방전도성 접속방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 압착단계에서 상기 제1전극과 상기 제2전극간 간격은 10 내지 2000nm인 이방도전성 접속방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 경화단계에서 상기 이방도전성 조성물에 포함된 금속이온이 환원되면서 소결되는 이방도전성 접속방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 경화단계는 레이저, IPL(Intense pulse light), IR(infrared), UV(ultraviolet), NIR(Near infrared) 로 구성되는 군에서 선택되는 하나로 이루어지는 이방도전성 접속방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 경화단계에서 경화는 오븐 또는 핫플레이트(hot plate)방법으로 이루어지는 이방도전성 접속방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 경화단계에서 상기 이방도전성 조성물에 포함된 상분리유도제는 친수성기와 친유성기를 모두 포함하는 이방도전성 접속방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 전기전도성을 가지는 소결체는 높이가 10 내지 10μm 인 이방도전성 접속방법.
  11. x-y평면상에서 이격되면서 나란히 배열된 2개의 제3전극과 제4전극에 서로 걸쳐지도록 이방 도전성 조성물을 도포하는 도포단계; 및
    상기 제3전극에 z방향으로 대향하는 제5전극 및 상기 제4전극에 z방향으로 대향하는 제6전극으로 상기 제3전극 및 상기 제4전극 상에 도포된 상기 이방도전성 조성물을 각각 가압하는 압착단계;
    상기 이방도전성 조성물을 경화시키는 경화단계를 포함하며,
    상기 경화단계에서 상기 z방향으로만 전기전도성을 가지는 이방도전성 접속방법.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 경화단계에서 경화물은 전기전도성을 가지는 소결체는 전기전도성을 가지지 않는 고분자가 분포하는 영역과 상분리되어 형성되는 이방도전성 접속방법.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 압착단계에서 상기 제1전극과 상기 제2전극간 간격은 10 내지 2000nm인 이방도전성 접속방법.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 경화단계에서 상기 이방도전성 조성물에 포함된 금속이온이 환원되면서 소결되는 이방도전성 접속방법.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 경화단계는 레이저, IPL(Intense pulse light), IR(infrared), UV(ultraviolet), NIR(Near infrared) 로 구성되는 군에서 선택되는 하나로 이루어지는 이방도전성 접속방법.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 경화단계에서 경화는 오븐 또는 핫플레이트(hot plate)방법으로 이루어지는 이방도전성 접속방법.
  17. x-y평면상에서 이격되면서 나란히 배열된 N개의 하부전극들에 서로 걸쳐지도록 이방 도전성 조성물을 도포하는 도포단계; 및
    상기 하부전극들에 대향하는 N개의 상부전극들로 상기 하부전극들에 도포된 상기 이방도전성 조성물을 각각 가압하는 압착단계;
    상기 이방도전성 조성물을 경화시키는 경화단계를 포함하며,
    상기 경화단계에서 상기 하부전극 및 상기 상부전극간에 전기전도성을 가지는 이방도전성 접속방법.
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