WO2023128631A1

WO2023128631A1 - 접착수지혼합물, 유동성이 조절된 자가조립형 이방성 도전접착제

Info

Publication number: WO2023128631A1
Application number: PCT/KR2022/021555
Authority: WO
Inventors: 박은혜; 정소운; 이경섭
Original assignee: 주식회사 노피온
Priority date: 2021-12-28
Filing date: 2022-12-28
Publication date: 2023-07-06
Also published as: KR20230100413A

Abstract

본 발명의 일실시예는 유동성이 조절된 접착수지혼합물과, 상기 접착수지혼합물을 포함하는 자가조립형 이방성 도전접착제를 제공한다. 상기 유동성이 조절된 접착수지혼합물을 포함하는 자가조립형 이방성 도전접착제는, 종래 제공되는 접착제보다 우수한 접착력을 제공하면서도 우수한 접촉저항을 제공한다.

Description

접착수지혼합물, 유동성이 조절된 자가조립형 이방성 도전접착제

본 발명은 자가조립형 이방성 도전접착제에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 유동성이 조절된 자가조립형 이방성 도전접착제에 관한 것이다.

개개의 공학 분야에서 필요로 하는 소재나 요구되는 표면 특성을 갖는 소재를 만드는21세기에 들어서면서 정보통신기기의 진보에 따라 반도체 패키지의 고집적화, 고성능화, 저비용화, 소형화가 가속화되고 있다. 또한, 최근 차세대 디스플레이로 주목받고 있는 플렉서블 디스플레이는 우수한 굴곡성을 가져, 접거나 말 수 있는 특징을 가지고 있어, 장착될 마이크로부품의 안정적인 전기적/기계적 특성과 고집적화에 대한 연구가 급속히 진행되고 있다.

이에 고밀도 전자패키징기술 개발이 활발히 진행되고 있으며, 이러한 전자패키징 기술 중 접합기술에 있어, 이방성 도전접착제(anisotropic conductive adhesives; ACAs)를 이용한 접합방법은 공정의 저온화, 프로세스의 간이화 등의 큰 장점들을 가지고 있다.

상기 이방성 도전접착제는 고분자바인더에 금속분말, 또는 도전성 고분자분말을 혼합하여 만든 물질로, 금속의 전기적, 자기적, 광학적 특성과 함께 고분자의 기계적 특성 및 가공성을 동시에 가져 디스플레이 Panel Glass, Flexible PCB에의 구동 IC 등을 접속하는데 필수적으로 사용되는 핵심소재이다

이러한 이방성 도전접착제는 일반적으로 솔더입자와 환원제 및 접착수지를 포함한다. 도1 내지 도3을 통해 알 수 있듯이, 부품실장공정을 거쳐, 상기 이방성 도전접착제(30) 내의 솔더입자(31)가 기판의 금속단자 사이에 위치하면서, 상기 솔더입자는 전기적 통로역할을 수행하게 되며, 상기 이방성 도전접착제 내의 접착수지(32)는 접착제의 역할을 수행하게 된다.

다만, 상기 부품실장공정을 수행할 때, 상기 접착수지는 유동성이 있어, 접착수지와 솔더입자가 기판의 금속단자 사이에 위치하는 경우도 있으나, 접착수지의 점성이 너무 낮은 경우에는 솔더입자와 접착수지가 모두 기판의 금속단자 사이의 바깥으로 빠져나와 손실되어 접착력이 약해지는 문제점이 있다. 반대로, 접착수지의 점성이 너무 높은 경우에는 접착수지와 솔더입자의 유동성이 저해되어 부품실장공정을 진행할 때 접착수지와 솔더입자가 기판의 금속단자 사이에 위치하지 않게 되는 문제점 역시 발생한다.

이에, 적절한 점성을 가져 접착수지와 솔더입자를 기판의 금속단자 사이에 적절하게 위치시키며, 나아가 부품실장공정을 수행할 때, 상기 솔더입자와 접착수지가 유출되지 않게 하도록 하는, 적절한 유동성을 가지는 자가조립형 이방성 도전접착체가 필요한 실정이다.

<선행기술문헌>

대한민국 등록특허공보 제10-2062482호

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 적절한 범위로 유동성이 제어된 접착수지를 포함하는 자가조립형 이방성 도전접착제를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 우수한 접착력을 가지는 동시에 낮은 접촉저항을 가지는 자가조립형 이방성 도전접착제를 제공하는 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예는 분자내 에폭시기를 복수개 포함하는 제1에폭시수지; 및 100cps 이상 500cps 이하의 점도를 가지는 제2에폭시수지를 포함하는 것을 특징으로 하는, 자가조립형 이방성 도전접착용 접착수지혼합물을 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1에폭시수지 및 상기 제2에폭시수지의 중량비는 1:1.2 이상 1:1.5 이하인 것을 특징으로 하는, 자가조립형 이방성 도전접착용 접착수지혼합물일 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 있어서, 상기 접착수지혼합물은, 70℃ 이상 250℃ 이하 온도범위에서 500cps 이상 100,000cps 이하의 점도를 가지는 것을 특징으로 하는, 자가조립형 이방성 도전접착용 접착수지혼합물일 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제1에폭시수지는, 비스페놀 A형 에폭시수지, 비스페놀 F형 에폭시수지, 비스페놀 S형 에폭시수지, 비스페놀 AF형 에폭시수지, 비페닐형 에폭시수지, 나프탈렌형 에폭시수지, 플루오렌형 에폭시수지, 노볼락형 에폭시수지, 페놀노볼락형 에폭시수지, 올소크레졸노볼락형 에폭시수지, 글리시딜에테르형 에폭시수지, 글리시딜아민형 에폭시수지, 사이클로알리파틱형 에폭시수지, 알리파틱폴리글리시딜형 에폭시수지, 다이머에시드로 변성된 에폭시수지, 고무변성 에폭시수지, 우레탄변성 에폭시수지, 아크릴변성 에폭시수지, 및, 실리콘변성 에폭시수지를 포함하는 군 중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는, 자가조립형 이방성 도전접착용 접착수지혼합물일 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제1에폭시수지는, 중량평균분자량(Mw)이 30,000 이상 60,000 이하인 것을 특징으로 하는, 자가조립형 이방성 도전접착용 접착수지혼합물일 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제2에폭시수지는, 비스페놀 A형 에폭시수지, 비스페놀 F형 에폭시수지, 비스페놀 S형 에폭시수지, 비스페놀 AF형 에폭시수지, 비페닐형 에폭시수지, 나프탈렌형 에폭시수지, 플루오렌형 에폭시수지, 노볼락형 에폭시수지, 페놀노볼락형 에폭시수지, 올소크레졸노볼락형 에폭시수지, 글리시딜에테르형 에폭시수지, 글리시딜아민형 에폭시수지, 사이클로알리파틱형 에폭시수지, 알리파틱폴리글리시딜형 에폭시수지, 다이머에시드로 변성된 에폭시수지, 고무변성 에폭시수지, 우레탄변성 에폭시수지, 아크릴변성 에폭시수지, 및 실리콘변성 에폭시수지를 포함하는 군 중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는, 자가조립형 이방성 도전접착용 접착수지혼합물일 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제2에폭시수지는, 에폭시당량이 10g/ep 이상 200g/ep 이하인 것을 특징으로 하는, 자가조립형 이방성 도전접착용 접착수지혼합물일 수 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 다른 실시예는 도전성 솔더입자; 및 상기 제1항의 접착수지혼합물;을 포함하고, 상기 제1항의 접착수지혼합물을 포함하여 70℃ 이상 250℃ 이하 온도범위에서 500cps 이상 100,000cps 이하의 점도를 가짐으로써 부품실장공정에서 상기 솔더입자와 상기 접착수지혼합물이 기판의 금속단자 사이에 최대로 위치하도록 하는 것을 특징으로 하는, 유동성이 조절된 자가조립형 이방성 도전접착제를 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 솔더입자는 상기 도전접착수지혼합물의 반응개시온도와 경화온도 사이의 융점을 가지는 것을 특징으로 하는, 유동성이 조절된 자가조립형 이방성 도전접착제일 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 있어서, 상기 솔더입자는 주석(Sn), 구리(Cu), 인듐(In), 은(Ag), 및 비쓰무트(Bi)로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 유동성이 조절된 자가조립형 이방성 도전접착제일 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 있어서, 상기 솔더입자는, 녹는점이 70℃ 이상 250℃ 이하인 것을 특징으로 하는, 유동성이 조절된 자가조립형 이방성 도전접착제일 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 있어서, 상기 이방성 도전접착제는, 필름형태 또는 페이스트형태인 것을 특징으로 하는, 유동성이 조절된 자가조립형 이방성 도전접착제일 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 유동성이 적절한 범위로 제어된 접착수지를 포함함으로써, 부품실장공정 단계에서 상기 접착수지와 솔더입자가 기판의 금속단자 사이에 최대로 위치하게 하는, 자가조립형 이방성 도전접착제를 제공할 수 있으며, 또한, 우수한 접착력과 낮은 접촉저항을 가지는 자가조립형 이방성 도전접착제를 제공할 수 있다.

본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예의 물리량 영상 데이터 분석 장치(1)의 기능 블록도.

도 2도1은 자가조립형 이방성 도전접착제가 경화되기 전 기판 사이에 위치하는 도전접착제의 상태를 나타내는 도면이다.

도2는 자가조립형 이방성 도전접착제가 실장되는 단계에서 접착수지와 솔더입자가 경화되는 과정을 보여주는 도면이다.

도3은 자가조립형 이방성 도전체가 경화된 후, 기판 사이에 위치하는 접속체를 보여주는 도면이다.

도4는 본 발명의 일 실시예에 의해 제공되는 자가조립형 이방성 도전체가 경화되기 전 기판 사이에 위치하는 도전접착제의 상태를 나타내는 도면이다.

이하에서는, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하에서는, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 일 실시예에 따른, 유동성이 조절된 자가조립형 이방성 도전접착제(30)를 먼저 상세히 설명한다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 도전성 솔더입자(31); 및 후술할 접착수지혼합물;을 포함하고, 상기 접착수지혼합물을 포함하여 70℃ 이상 250℃ 이하 온도범위에서 500cps 이상 100,000cps 이하의 점도를 가짐으로써 부품실장공정에서 상기 솔더입자와 상기 접착수지혼합물(32)이 기판의 금속단자(11) 사이에 최대로 위치하도록 하는 효과를 제공하는, 유동성이 조절된 자가조립형 이방성 도전접착제(30)(Self-assembly Anisotropic Conductive Adhesive, 이하, “SACA”라 함)를 제공한다.

부품실장공정단계에서, 상기 SACA(30) 내에 포함된 접착수지혼합물 내의 접착수지(32)는 유동성을 가지고 있어 기판의 금속단자 사이에 위치하게 되고, 상기 기판의 금속단자들을 상기 SACA(30) 내의 접착수지가 경화되면서 접착을 하게 된다.

이때 상기 유동성을 가지는 접착수지(32)는 그 유동성이 적절한 수치범위 내여야 하며, 그 유동성이 너무 낮은 경우에는 접착수지(32)와 솔더입자(31)의 유동성이 저해되어, 애당초 기판의 금속단자(21) 사이에 위치하지 않게 될 수 있다. 반대로, 그 유동성이 너무 높은 경우에는 열과 압을 가해 압착을 하는 단계에서, 너무 높은 유동성에 의해 접착수지(32)와 솔더입자(31)가 기판(10, 20)의 금속단자(21) 사이에서 이탈하게 되어, 궁극적으로는 기판(10, 20) 사이의 접착이 일어나지 않게 되며 제품의 안정성과 신뢰도가 낮아지게 된다.

이에, 전술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에서는, 상기 접착수지(32)의 유동성을 제어함으로써, 기판의 접착력을 높이는 SACA(30)를 제공한다.

이하에서는, 상기 유동성이 조절된 SACA(30)의 접착수지(32)에 대해 설명한다.

본 발명에서는, 상기 유동성이 조절된 SACA(30)의 접착수지(32)는, 후술할 실시예의 SACA용 접착수지혼합물을 사용하는 것을 주된 구성으로 하지만, 상기 접착수지가 후술할 SACA용 접착수지혼합물로 한정됨은 아니고, 본 발명의 일 실시예에서 제공하는 접착수지혼합물과 동일 또는 균등한 혼합물과, 동일 또는 균등한 효과를 제공하는 접착수지는 모두 본 발명의 권리범위에 속하는 것으로 해석해야 할 것이다.

이하에서는, 상기 유동성이 조절된 SACA(30)의 솔더입자에 대해 설명한다.

이하에서는, 솔더입자의 역할에 대해 설명한다.

본 발명에서 사용되는 솔더입자는, 도전성을 가지는 입자를 사용할 수 있으며, 이와 같이 도전성을 가지는 입자를 사용함으로써, 궁극적으로는 솔더입자들이 기판 사이에 위치하여 기판의 전극 사이에 전기적 통로역할을 수행하게 된다.

이하에서는, 솔더입자의 용융점에 대해 설명한다.

전자부품을 실장 공정에서 가열할 때, 열경화성 수지가 경화하기 전에 솔더입자가 먼저 용융되어 접속체를 만들 필요가 있고, 가열상태에서 용융한 솔더입자의 응집이 원활하도록 열경화성 수지의 점도가 낮아질 필요가 있으므로 솔더입자의 융점이 열경화성 수지의 반응개시온도와 경화 종료 온도 사이에 있는 것이 바람직하다.

이에, 솔더입자는, 녹는점이 70℃ 이상 250℃ 이하인 저융점 솔더입자일 수 있다. 이와 같이 저융점의 솔더입자를 사용함으로써, 전자부품의 각종 부재가 열이력에 의해 손상되는 것을 억제 또는 방지할 수 있다.

이하에서는, 솔더입자의 구성에 대해 설명한다.

또한, 상기 솔더입자는 주석(Sn), 인듐(In), 구리(Cu), 은(Ag), 및 비쓰무트(Bi)로 이루어진 군에서 둘 이상을 포함하는 것일 수 있다. 예를 들어, 상기 솔더입자는 60Sn/40Bi, 52In/48Sn, 97In/3Ag, 57Bi/42Sn/1Ag, 58Bi/42Sn, 및 96.5Sn/3.5Ag 등을 들 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 다만, 상기 금속입자로 한정되는 것은 아니고, 공액고분자 도전성고분자 등, 본 발명의 효과를 달성하기 위해 동일 기술분야의 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 변경 및 채택 가능한 구성들은 모두 본 권리에 속하는 것으로 해석해야 할 것이다.

또한, 상기 솔더입자가 금속원소인 경우에는 대기중의 산소와 접촉하여 표면에 산화막을 쉽게 생성한다. 생성된 산화막으로 인해 솔더입자를 포함하는 이방성 도전접착제를 이용하여 반도체칩과 같은 전자부품을 실장하는 경우, 불안정한 접촉저항으로 낮은 도전성과 접합강도가 불안정한 전기적 특성이 생기는 문제점이 있다. 이를 해결하기 위한 방법으로 솔더입자와 바인더 수지를 혼합, 분산시키는 단계에서 카르복실산 등의 환원제를 통해 젖음(wetting)이 개선된 솔더입자를 사용함으로써 배선, 신호선 접점과의 결합을 강화시킬 수도 있다.

즉, 상기 솔더입자가 금속원소인 경우에는, 산화막을 형성하고 있을 수 있는 바, 상기 솔더입자는, 환원제를 통해 산화막이 제거 또는 제어된 것이 바람직하다.

이하에서는, 솔더입자의 입자크기에 대해 설명한다.

상기 솔더입자의 크기는 적용되는 도전패턴의 크기(e.g. pitch)에 따라 선택될 수 있으며, 상기 도전패턴의 크기가 증가할수록 큰 입자크기의 솔더입자가 사용될 수 있다.

이하에서는, 솔더입자의 혼합비율에 대해 설명한다.

상기 솔더입자는 유동성 및 젖음 특성을 고려하여 상기 유동성이 조절된 SACA(30) 총량에 대하여 5 내지 60체적%의 비율로 함유될 수 있다. 5체적% 미만이 되면 솔더입자가 부족하여 단자 간에 접속이 안 될 우려가 있고, 60체적%를 초과하면 솔더입자가 과도하게 남아서 인접하는 단자 간에 접속체에 의한 브리지를 일으켜 쇼트가 생길 우려가 있다.

이하에서는, 상기 유동성이 조절된 SACA(30)의 물성 및 특성에 대해 설명한다.

상기 유동성이 조절된 SACA(30)는, 전술한 바와 같이, 70℃ 이상 250℃ 이하 온도범위에서 500cps 이상 100,000cps 이하의 점도를 가지게 함이 바람직하다.

전술한 바와 같이, 부품실장공정단계에서, 도4에서와 같이 솔더입자와 접착수지가 기판의 금속단자 사이에 위치해야 한다. 상기 접착수지의 점성이 500cps 미만인 경우에는, 상기 접착수지의 점성이 지나치게 낮아져 유동성이 커지게 되며, 이에 따라 부품실장공정단계에서 솔더입자와 접착수지가 모두 기판의 금속단자 사이의 바깥으로 빠져나와 손실되어 최종제품의 접착력이 약해지게 된다. 반대로, 상기 접착수지의 점성이 100,000cps를 초과하는 경우에는 상기 접착수지의 점성이 지나치게 높아져 유동성이 작아지게 되며, 이에 따라 부품실장공정단계에서 솔더입자와 접착수지가 기판의 금속단자 사이에 위치하지 않게 되어 최종제품의 접착력이 약해지게 되는 바, 상기 이방성 도전접착제는 70℃ 이상 250℃ 이하 온도범위에서 500cps 이상 100,000cps 이하의 점도를 가지게 함이 바람직하다.

또한, 상기 유동성이 조절된 SACA(30)는 필름형태, 또는 페이스트형태로 사용할 수 있다. 다만, 기판의 실장에 있어서는 필름형태는 페이스트형태에 비해 전자부품 실장비용, 두께관리, 접착신뢰성 등의 품질관리 면에서 우수하므로, 필름형태의 도전접착제를 사용함이 바람직하다.

또한, 상기 유동성이 조절된 SACA(30)는, 후술할 실험을 통해 알 수 있듯이, 2.0~3.0kgf/cm의 접착력을 가지며 이와 동시에 우수한 접촉저항을 가지는 것으로, 종래 제시되었던 이방성 도전접착제에 비해 기판, 디스플레이, 및 반도체 등, 다양한 산업분야에서의 실장 도전접착제로 사용 가능성이 높다.

이하에서는 본 발명의 다른 일 실시예에 의해 제공되는 SACA용 접착수지혼합물에 대해 설명한다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 다른 일 실시예는, 분자내 에폭시기를 복수개 포함하는 제1에폭시수지; 및 20℃ 이상 30℃ 이하에서 100cps 이상 500cps 이하의 점도를 가지는 제2에폭시수지;를 포함하는 것을 특징으로 하는, SACA용 접착수지혼합물을 제공한다.

또한, 상기 SACA용 접착수지혼합물은, 전술한 바와 같이 부품실장공정에서 솔더입자와 접착수지가 기판의 금속단자 사이에 적절하게 위치하도록 하는 기능을 수행해야 하는 바, 상기 SACA용 접착수지혼합물은 솔더입자의 용융온도인 70℃ 이상 250℃ 이하 온도범위에서 500cps 이상 100,000cps 이하의 점도를 가지는 것이 바람직하다.

이하에서는, 상기 접착수지의 구성 화합물에 대해 설명한다.

상기 접착수지는 복수개의 에폭시수지를 혼합하는 접착수지혼합물을 포함하는 것으로 할 수 있으며, 상기 접착수지혼합물은, 분자내 에폭시기를 복수개 포함하는 제1에폭시수지; 및 에폭시당량이 10g/ep 이상 200g/ep 이하인 제2에폭시수지;를 포함하는 것일 수 있다.

본 명세서에서, “에폭시당량”은 에폭시기 한 개에 대한 분자량(g/eqiv)을 의미하며(평균분자량을 1분자당의 에폭시기의 수로 나눈 값을 의미)하며, 따라서, 평균분자량이 고정된 경우 1분자당 에폭시기의 개수가 많아지면 당량이 작아지고, 개수가 적어지면 당량이 커진다.

이때 상기 제1에폭시수지는 분자내 에폭시기를 복수개 포함하는 것이고, 상기 제2에폭시수지는 20℃ 이상 30℃ 이하에서 100cps 이상 500cps 이하의 점도를 가지는 것으로 하며, 바람직하게는 25℃의 상온에서 100cps 이상 500cps 이하의 점도를 가지는 것으로 하여, 조성물의 점도 및 자가조립성 및 물성을 조절할 수 있도록 한다.

또한, 이때 상기 제1에폭시수지와 제2에폭시수지는 중량비는 1:1 이상 1:2 이하일 수 있으며, 바람직하게는 1:1.2 이상 1:1.5 이하일 수 있다. 상기 제1에폭시수지와 제2에폭시수지의 혼합비율을 1:1 미만으로 하여 제1에폭시수지를 과다하게 첨가하는 경우에는, 점도값이 과하게 높아(제시한 점도 범위를 넘어갈 경우) 자가조립이 용이하지 않는 문제점이 발생하며, 혼합비율을 1:2를 초과하도록 하여 제2에폭시수지를 과다하게 첨가하는 경우에는 위에 서술한 물성 확보가 되지 않는 문제점이 발생한다. 이에, 상기 문제점이 발생하지 않도록 하기 위하여 상기 제1에폭시수지와 제2에폭시수지의 혼합비율은 1:1 이상 1:2 이하일 수 있고, 최고의 효과를 얻기 위해 바람직하게는, 1:1.2 이상 1:1.15 이하로 혼합비율로 할 수 있다.

이하 상기 제1에폭시수지에 대해 설명한다.

상기 제1에폭시수지는 양쪽 사이드 체인에 에폭시기가 달려있어 에폭시기의 특성인 높은 접착력, 내화학성, 내흡습성, 고절연성 등을 확보할 수 있는 것을 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제1에폭시수지는 예를 들면, 비스페놀 A형 에폭시수지, 비스페놀 F형 에폭시수지, 비스페놀 S형 에폭시수지, 비스페놀 AF형 에폭시수지, 비페닐형 에폭시수지, 나프탈렌형 에폭시수지, 플루오렌형 에폭시수지, 노볼락형 에폭시수지, 페놀노볼락형 에폭시수지, 올소크레졸노볼락형 에폭시수지, 글리시딜에테르형 에폭시수지, 글리시딜아민형 에폭시수지, 사이클로알리파틱형 에폭시수지, 알리파틱폴리글리시딜형 에폭시수지, 다이머에시드로 변성된 에폭시수지, 고무변성 에폭시수지, 우레탄변성 에폭시수지, 아크릴변성 에폭시수지, 및 실리콘변성 에폭시수지를 포함하는 군 중에서 선택된 어느 하나일 수 있으나, 상기 예시에 한정됨은 아니다.

상기 제1에폭시수지를 혼합함에 있어, 그 중량비를 기준으로 혼합량을 정하게 될 수 있는데, 이때 중량비는 중량평균분자량이며, 상기 혼합되는 제1에폭시수지의 중량평균분자량(Mw)은 30,000 이상 60,000 이하인 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 제1에폭시수지의 중량평균분자량을 30,000 미만으로 하는 경우에는 낮은 인성으로 인해 최종 경화물이 지나친 취성을 가지는 문제점이 발생한다.

반대로, 중량평균분자량이 클수록 에폭시기의 반응에 의해 달성 가능한 최대 가교밀도가 낮아지고, 내열성이 저하되는 경향이 있는바, 상기 제1에폭시수지의 중량평균분자량을 60,000을 초과하게 하는 경우에는 에폭시기의 반응에 의해 달성 가능한 최대 가교밀도가 낮아져 최종 경화도가 떨어지는 문제 및 내열성이 저하되어 경화 후 물성이 안정적이지 못한 문제점이 발생하게 된다.

또한, 상기 제1에폭시수지는 연화점(softening point)이 130℃ 이상150℃ 이하인 에폭시수지를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 온도범위의 연화점을 가지는 제1에폭시수지를 사용하는 경우에는, 높은 내열도를 확보할 수 있다.

SACA의 bonding시 유동성 확보 혹은 기타 목적을 위해 점도나 연화점이 낮은 에폭시들로만 조성물을 구성하게 되면 유동성 조절은 매우 용이해지나 내열도가 낮아 경화 후 물성이 안정적이지 않게 되는 문제가 발생할 수 있다.

이하 상기 제2에폭시수지에 대해 설명한다.

제1에폭시수지 단독으로 사용하게 되면, 70℃ 이상 250℃ 이하의 모든 온도 및 자가조립이 일어나는 솔더의 용융온도에서, 점도값이 과도하게 높아 접착수지혼합물의 자가조립이 용이하지 않게 되는 바, 자가조립이 용이하도록 SACA용 접착수지혼합물의 점도를 낮춰줄 필요가 있으며, 제2에폭시수지는 상기 목적으로 포함된다.

또한, 제2에폭시수지는, SACA용 접착수지혼합물의 점도를 낮춰주는 희석제의 역할을 하면서도 SACA용 접착수지혼합물 전체 물성을 저해하지 않음으로써 SACA용 접착수지혼합물의 경화후 고신뢰성을 확보할 수 있도록 해야 하는 바, 높은 내열성과 유리전이온도를 가지고 있는 에폭시수지를 사용하는 것이 바람직하다.

상기 제2에폭시수지는, 비스페놀 A형 에폭시수지, 비스페놀 F형 에폭시수지, 비스페놀 S형 에폭시수지, 비스페놀 AF형 에폭시수지, 비페닐형 에폭시수지, 나프탈렌형 에폭시수지, 플루오렌형 에폭시수지, 노볼락형 에폭시수지, 페놀노볼락형 에폭시수지, 올소크레졸노볼락형 에폭시수지, 글리시딜에테르형 에폭시수지, 글리시딜아민형 에폭시수지, 사이클로알리파틱형 에폭시수지, 알리파틱폴리글리시딜형 에폭시수지, 다이머에시드로 변성된 에폭시수지, 고무변성 에폭시수지, 우레탄변성 에폭시수지, 아크릴변성 에폭시수지, 및 실리콘변성 에폭시수지를 포함하는 군 중에서 선택된 어느 하나일 수 있으나, 상기 예시에 한정됨이 아님은 물론이다.

이때 상기 제2에폭시수지는 에폭시당량이 10g/ep 이상 200g/ep 이하인 것을 사용할 수 있는데, 상기 에폭시당량이 10g/ep 미만인 경우에는 반응 가능한 에폭시기의 개수가 너무 많아, 반응하지 못하고 남은 것들이 생기고 이와 같이 불순물들이 발생하는 문제점이 발생하며, 반대로 상기 에폭시당량이 200g/ep를 초과하는 경우에는 반응 가능한 에폭시기의 개수가 너무 적은 문제점이 발생하게 되는 바, 상기 에폭시당량은 10g/ep 이상 200g/ep 이하인 것이 가장 바람직하다.

이하에서는, 제조예, 비교예 및 실험예를 통해 본 발명에 대해 더욱 상세하게 설명한다. 하지만 본 발명이 하기 제조예 및 실험예에 한정되는 것은 아니다.

제조예1 - SACA용 접착수지혼합물 제조

본 제조예1에서는, 제1에폭시수지로는 페놀노볼락 에폭시수지, 제2에폭시수지로는 비스페놀F 에폭시수지를 혼합하여 여러 접착수지혼합물을 제조하였다. 그 구체적인 제조과정은 하기 과정과 같다.

50,000 중량평균분자량(Mw)의 페놀노볼락 에폭시수지와 40,000 중량평균분자량(Mw)의 비스페놀F 에폭시수지를, 1:0.1, 1:1.1, …, 1:1.9, 1:2.0 중량비율로 혼합하여, 20개의 SACA용 접착수지혼합물들을 제조하였으며, 30분 동안 30℃에서 혼합을 진행하였다.

하기 표1은 상기 비율을 정리한 것이다.

Entry	제1에폭시 수지	제2에폭시 수지	Entry	제1에폭시 수지	제2에폭시 수지
Entry	페놀노볼락 에폭시수지	비스페놀F 에폭시수지	Entry	페놀노볼락 에폭시수지	비스페놀F 에폭시수지
1	1	0.1	11	1	1.1
2	1	0.2	12	1	1.2
3	1	0.3	13	1	1.3
4	1	0.4	14	1	1.4
5	1	0.5	15	1	1.5
6	1	0.6	16	1	1.6
7	1	0.7	17	1	1.7
8	1	0.8	18	1	1.8
9	1	0.9	19	1	1.9
10	1	1.0	20	1	2.0

상기 과정을 통해 본 제조예1에서는, 성공적으로 접착수지혼합물을 제조할 수 있었다.

제조예2 - 유동성이 조절된 SACA 제조

본 제조예2에서는, 상기 제조예1에서 제조된 접착수지혼합물과, Bi, 및 In 금속을 포함하는 솔더입자를 포함하는 자가조립형 이방성 도전접착제를 제조하였다. 그 구체적인 제조과정은 하기 순서와 같다.

상기 제조예1에서 제조한 상기 표1의 entry1 내지 entry20의 접착수지혼합물(50wt%), 솔더입자(30wt%), 환원제(5wt%), 경화제(10wt%), 및 실란 커플링제(5wt%)를 혼합하여 SACA를 제조하였다.

이때 제1에폭시수지 및 제2에폭시수지는 30℃에서 30분동안 혼합하여 혼합물을 형성하였으며, 상기 혼합물에 기타 첨가제를 25℃에서 10분동안 더 혼합하는 공정을 진행하였다.

이후, 상기 혼합물에 전처리한 솔더입자 및 환원제를 25℃에서 10분동안 혼합하는 공정을 거친 뒤, 최종적으로 상기 혼합물에 25℃에서 1분동안 경화제를 혼합하는 공정을 진행하였다.

이때 상기 혼합공정들은 모두 페이스트 믹서를 이용하여 진행하였다.

그 결과, 성공적으로 자가조립형 이방성 도전접착제를 제조하였다.

제조예3 - 다른 솔더입자 성분을 가지는 유동성이 조절된 SACA 제조

본 제조예3에서는, 상기 제조예2에서, 솔더입자의 구성성분인 Bi, 및 In 금속을 30wt% 용량의 Sn, Ag, 및 Cu 금속으로만 변경하여, 동일한 방법으로 다양한 SACA를 제조하였다.

금속원소를 달리하여 다양한 솔더입자를 포함하는 SACA를 제조할 수 있었다. 이를 통해 사용자가 임의로 원하는 금속원소를 포함하는 이방성 도전접착제를 제조할 수 있음을 알 수 있다.

실험예1 - 접착수지혼합물의 점성 확인

본 실험예1에서는, 상기 제조예1에서 제조한, 접착수지혼합물의 점성을 측정하였다.

그 구체적인 실험방법은 하기 방법과 같다.

Rheometer 이용하여 70℃ 이상 250℃ 이하 온도범위에서 최저 점도값 측정하는 방법으로 실험을 진행하였다.

Entry	점도	Entry	점도
1	140,000	11	50,000
2	130,000	12	45,000
3	120,000	13	40,000
4	110,000	14	35,000
5	100,000	15	30,000
6	95,000	16	25,000
7	85,000	17	20,000
8	75,000	18	10,000
9	65,000	19	5,000
10	55,000	20	500

상기 표2를 통해 알 수 있듯이, 비스페놀F 에폭시와 페놀노볼락 에폭시의 혼합비율이 1:1과 가까워질수록 점성이 높고, 1:2와 가까워질수록 점성이 낮아지게 된다.또한, 후술할 실험예를 통해 알 수 있듯이, 상기 제조예1에서 제조한 접착수지혼합물이, 자가조립형 이방성 도전접착제에 가장 적합한 접착수지이며, 이를 통해 1:1.2 이상 1:1.5 이하의 비율이 최적의 비율임을 알 수 있다.

실험예2 - 접착력의 확인실험

본 실험예2에서는, 상기 제조예2에서 제조한, 다양한 자가조립형 이방성 도전접착제를 이용하여 접착력을 실험하였다.

그 구체적인 실험방법은 하기 과정과 같다.

1.사용장비: UTM(Universal Testing Machine)

2.사용기재: PCB 및 FPCB 접착 (200pitch)

3.실험조건: 인장속도 50mm/min, 90° peel

하기 표3은 본 실험예2의 실험결과를 정리한 표이다.

Entry	접착력	Entry	접착력
1	X	11	○
2	X	12	◎
3	X	13	◎
4	△	14	◎
5	△	15	◎
6	△	16	○
7	△	17	○
8	○	18	△
9	○	19	△
10	○	20	x

상기 표3을 통해 알 수 있듯이, 가장 우수한 접착력인 2.0~3.0kgf/cm의 접착력을 보이는 것은, 페놀노볼락 에폭시와 비스페놀 F 에폭시를 1:1.2 이상 1:1.5 이하의 비율로 혼합된 SACA에서 나타났다.본 실험예를 통해, 페놀노볼락 에폭시와 비스페놀 F 에폭시를 1:1.2 이상 1:1.5 이하의 비율로 혼합하는 경우, 가장 접착력이 우수한 결과를 제공함을 알 수 있었다.

실험예3

본 실험예3에서는, 상기 제조예2에서 제조한, 다양한 자가조립형 이방성 도전접착제를 이용하여, 그 표면저항을 실험하였다.

그 구체적인 실험방법은 하기 방법과 같다.

상기 본 실험결과를 통해 알 수 있듯이, 표면저항은 대체적으로 1Ω이하 수준으로 나타났으며, 전반적으로 우수하게 나타났음을 알 수 있다.

실험예4

본 실험예4에서는, 상기 제조예1에서, 상기 제1에폭시수지의 중량평균분자량만을 달리하여 접착수지혼합물을 제조하고, 이들을 포함하는 자가조립형 이방성 도전접착제를 제조하여, 그 접착력을 확인하는 실험을 진행하였다.

그 구체적인 실험방법은 하기 방법과 같다.

1.사용장비: UTM(Universal Testing Machine)

2.사용기재: PCB 및 FPCB 접착 (200pitch)

3.실험조건: 인장속도 50mm/min, 90° peel

Entry	중량평균분자량	접착력
A	1,000	X
B	5,000	X
C	10,000	△
D	20,000	○
E	30,000	◎
F	40,000	◎
G	50,000	◎
H	60,000	◎
I	70,000	△
J	80,000	X
K	90,000	X
L	100,000	X

상기 표4를 통해 알 수 있듯이, 상기 제1에폭시수지의 경우, 중량평균분자량이 30,000 이상 60,000 이하에서 접착력이 가장 우수한 효과를 제공한다.이는 상기 중량평균분자량을 가지는 제1에폭시수지를 사용하는 경우 취성이 적고 가교밀도가 높은 효과를 제공하기 때문이다.

실험예5

본 실험예5에서는, 상기 제조예1에서, 상기 제2에폭시수지의 에폭시당량만을 달리하여 접착수지혼합물을 제조하고, 이들을 포함하는 자가조립형 이방성 도전접착제를 제조하여, 그 물성을 실험하였다.

그 구체적인 실험방법은 하기 방법과 같다.

1.사용장비: UTM(Universal Testing Machine)

2.사용기재: PCB 및 FPCB 접착 (200pitch)

3.실험조건: 인장속도 50mm/min, 90° peel

Entry	당량	접착력
I	100	◎
II	200	○
III	300	X

상기 표5를 통해 알 수 있듯이, 상기 제2에폭시수지의 경우, 에폭시당량을 100g/ep 이상 200g/ep 이하로 하는 경우가 가장 우수한 효과를 제공한다.이는 상기 에폭시당량을 가지는 제2에폭시수지를 사용하는 경우, 반응 가능한 에폭시기의 수가 최적화 되어 거의 대부분의 에폭시기가 반응에 참여하며 불순물로 남는 것이 없기 때문이다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

<부호의 설명>

10: 제2기판

11: 접속단자

20: 제1기판

21: 전극단자

30: 자가조립형 이방성 도전접착제

31: 솔더입자

32: 접착수지혼합물에 포함된 접착수지

33: 경화제

40: 접속체

50: 경화 수지층

Claims

분자내 에폭시기를 복수개 포함하는 제1에폭시수지; 및

20℃ 이상 30℃ 이하에서 100cps 이상 500cps 이하의 점도를 가지는 제2에폭시수지;

를 포함하는 것을 특징으로 하는, 자가조립형 이방성 도전접착용 접착수지혼합물.
제1항에 있어서,

상기 제1에폭시수지 및 상기 제2에폭시수지의 중량비는 1:1.2 이상 1:1.5 이하인 것을 특징으로 하는, 자가조립형 이방성 도전접착용 접착수지혼합물.
제1항에 있어서,

상기 접착수지혼합물은, 70℃ 이상 250℃ 이하 온도범위에서 500cps 이상 100,000cps 이하의 점도를 가지는 것을 특징으로 하는, 자가조립형 이방성 도전접착용 접착수지혼합물.
제1항에 있어서,

상기 제1에폭시수지는, 비스페놀 A형 에폭시수지, 비스페놀 F형 에폭시수지, 비스페놀 S형 에폭시수지, 비스페놀 AF형 에폭시수지, 비페닐형 에폭시수지, 나프탈렌형 에폭시수지, 플루오렌형 에폭시수지, 노볼락형 에폭시수지, 페놀노볼락형 에폭시수지, 올소크레졸노볼락형 에폭시수지, 글리시딜에테르형 에폭시수지, 글리시딜아민형 에폭시수지, 사이클로알리파틱형 에폭시수지, 알리파틱폴리글리시딜형 에폭시수지, 다이머에시드로 변성된 에폭시수지, 고무변성 에폭시수지, 우레탄변성 에폭시수지, 아크릴변성 에폭시수지, 및 실리콘변성 에폭시수지를 포함하는 군 중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는, 자가조립형 이방성 도전접착용 접착수지혼합물.
제3항에 있어서,

상기 제1에폭시수지는, 중량평균분자량(Mw)이 30,000 이상 60,000 이하인 것을 특징으로 하는, 자가조립형 이방성 도전접착용 접착수지혼합물.
제1항에 있어서,

상기 제2에폭시수지는, 비스페놀 A형 에폭시수지, 비스페놀 F형 에폭시수지, 비스페놀 S형 에폭시수지, 비스페놀 AF형 에폭시수지, 비페닐형 에폭시수지, 나프탈렌형 에폭시수지, 플루오렌형 에폭시수지, 노볼락형 에폭시수지, 페놀노볼락형 에폭시수지, 올소크레졸노볼락형 에폭시수지, 글리시딜에테르형 에폭시수지, 글리시딜아민형 에폭시수지, 사이클로알리파틱형 에폭시수지, 알리파틱폴리글리시딜형 에폭시수지, 다이머에시드로 변성된 에폭시수지, 고무변성 에폭시수지, 우레탄변성 에폭시수지, 아크릴변성 에폭시수지, 및 실리콘변성 에폭시수지를 포함하는 군 중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는, 자가조립형 이방성 도전접착용 접착수지혼합물.
제1항에 있어서,

상기 제2에폭시수지는, 에폭시당량이 10g/ep 이상 200g/ep 이하인 것을 특징으로 하는, 자가조립형 이방성 도전접착용 접착수지혼합물.
도전성 솔더입자; 및

상기 제1항의 접착수지혼합물;을 포함하고,

상기 제1항의 접착수지혼합물을 포함하여 70℃ 이상 250℃ 이하 온도범위에서 500cps 이상 100,000cps 이하의 점도를 가짐으로써 부품실장공정에서 상기 솔더입자와 상기 접착수지혼합물이 기판의 금속단자 사이에 최대로 위치하도록 하는 것을 특징으로 하는, 유동성이 조절된 자가조립형 이방성 도전접착제.
제8항에 있어서,

상기 솔더입자는 상기 도전접착수지혼합물의 반응개시온도와 경화온도 사이의 융점을 가지는 것을 특징으로 하는, 유동성이 조절된 자가조립형 이방성 도전접착제.
제8항에 있어서,

상기 솔더입자는 주석(Sn), 구리(Cu), 인듐(In), 은(Ag), 및 비쓰무트(Bi)로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 유동성이 조절된 자가조립형 이방성 도전접착제.
제8항에 있어서,

상기 솔더입자는, 녹는점이 70℃ 이상 250℃ 이하인 것을 특징으로 하는, 유동성이 조절된 자가조립형 이방성 도전접착제.
제8항에 있어서,

상기 이방성 도전접착제는, 필름형태 또는 페이스트형태인 것을 특징으로 하는, 유동성이 조절된 자가조립형 이방성 도전접착제.