전도성 고분자를 포함하는 도전성 접착제 및 접착필름

전도성 고분자를 포함하는 도전성 접착제 및 접착필름{CONDUCTIVE ADHESIVE HAVING CONDUCTIVE POLYMER AND CONDUCTIVE FLIM THEREOF}

본 발명은 전도성 고분자를 포함하는 도전성 접착제에 관한 것으로, 더 자세하게는 금속분말, 전도성 고분자 및 고분자 바인더를 포함하는 도전성 접착제 및 접착필름에 대한 것이다.

최근에는 기술의 발전에 따른 기판의 직접도가 상승하면서, 전도성이 우수한 도전성 접착제가 요구되고 있다. 특히, 최근에는 FPCB(FLEXIBLE PRINTED CIRCUITS BOARD)가 여러분야에 사용되고 있는데, 점차 전자제품이 소형화 및 경량화가 되면서 개발된 전자부품으로 작업성이 뛰어나고, 내열성 및 내곡성, 내약품성이 강하며, 열에 강한 FPCB가 적합하다. 구체적으로는 이러한 FPCB는 모든 전자제품의 핵심부품으로서 카메라, COMPUTER 및 주변기기, HAND PHONE, VIDEO & AUDIO기기, CAMCORDER. PRINTER, DVD, TFT LCD, 위성장비, 군사장비, 의료장비등에서 널리 사용되고 있다. FPCB는 단독으로 3차원 배선이 가능하고, 기기의 소형화 및 경량화가 가능하다. 그리고, FPCB는 반복굴곡에의 높은 내구성을 가지며, 고밀도 배선이 가능하고, 배선의 오류가 없고 조립이 양호하며 신뢰성이 높다. 또한, FPCB는 연속생산 방식으로 제조가 가능한 장점을 가지고 있다.

FPCB의 경우에는 플렉시블 프린트 배선 판(FPC) 등의 회로 기판 본체와 보강판과 같은 회로 부품등을 전기적으로 상호 접속하기 위하여 이용하는 도전성 접착시트와 회로 기판 본체와 회로 부품등이 전기적으로 상호 접속되어 있는 회로 기판에 사용되는 도전성 접착제를 필요로 한다. 이러한, 도전성 접착제는 기판의 홀 충전 등에 이용되는 것으로 열경화성수지에 도전성 입자를 포함하는 것이 일반적으로 사용되며, 상기 도전성 입자로는 금속분말 등이 사용된다. 점점 기술의 발전에 따른 기판의 직접도가 상승하면서, 전도성이 우수한 도전성 접착제가 요구되고 있다.

이에, 일본국 공개특허 제2006-298954호에는 저융점 금속분말을 포함하는 도전성 접착체를 개시하고 있지만, 금속분말 사이에 위치하는 바인더로 인하여 도전성이 저하되는 문제점이 존재한다.

본 발명은 도전성 접착제의 도전성을 향상시키기 위한 전도성 고분자를 포함하는 도전성 접착제를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 금속분말, 전도성 고분자 및 고분자 바인더를 포함하는 도전성 접착제를 제공한다.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 상기 전도성 고분자로는 전도성 고분자 수지로 이루어진 전도성 고분자 분말; 카본 코어에 전도성 고분자 수지가 코팅된 코어-쉘 구조의 전도성 고분자 복합체; 및 전도성 고분자 수지 용액; 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물 등을 사용할 수 있다.

이러한 전도성 고분자 수지로는 특별히 그 종류를 한정하는 것은 아니지만, 폴리피롤, 폴리티오펜, 폴리아닐린, 폴리아세틸렌, 폴리페닐렌설파이드, 폴리페닐렌비닐렌, 폴리인돌, 폴리피렌. 폴리카바졸, 폴리아줄렌, 폴리아제핀, 폴리플루오렌, 폴리나프탈렌 및 폴리에틸렌디옥시티오펜 중에서 선택된 1종의 화합물 또는 2종 이상의 혼합물 등을 사용하는 것이 바람직하다.

그리고, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 상기 금속분말로는 그 종류를 특별히 한정하는 것은 아니지만, 저융점 금속을 포함할 수 있으며, 구체적으로는 금, 은, 동, 니켈, 인듐, 주석, 납, 비스무트 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물 또는 이들의 합금 등을 사용할 수 있다.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 상기 고분자 바인더로는 아크릴레이트수지, 에폭시수지, 폴리에스터, 폴리우레탄, 폴리카보네이트, 폴리아마이드, 폴리이미드 및 폴리에테르 중에서 선택된 1종의 화합물 또는 2종 이상의 혼합물 등을 사용할 수 있지만, 특별히 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명은 금속분말, 전도성 고분자 및 고분자 바인더를 포함하는 도전성 접착제층을 구비하는 도전성 접착필름을 제공한다.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 상기 전도성 고분자로는 전도성 고분자 수지로 이루어진 전도성 고분자 분말; 카본 코어에 전도성 고분자 수지가 코팅된 코어-쉘 구조의 전도성 고분자 복합체; 및 전도성 고분자 수지 용액; 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물 등을 사용할 수 있다.

이러한 전도성 고분자 수지로는 특별히 그 종류를 한정하는 것은 아니지만, 폴리피롤, 폴리티오펜, 폴리아닐린, 폴리아세틸렌, 폴리페닐렌설파이드, 폴리페닐렌비닐렌, 폴리인돌, 폴리피렌. 폴리카바졸, 폴리아줄렌, 폴리아제핀, 폴리플루오렌, 폴리나프탈렌 및 폴리에틸렌디옥시티오펜 중에서 선택된 1종의 화합물 또는 2종 이상의 혼합물 등을 사용하는 것이 바람직하다.

그리고, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 상기 금속분말로는 그 종류를 특별히 한정하는 것은 아니지만, 저융점 금속을 포함할 수 있으며, 구체적으로는 금, 은, 동, 니켈, 인듐, 주석, 납, 비스무트 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물 또는 이들의 합금 등을 사용할 수 있다.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 상기 고분자 바인더로는 아크릴레이트수지, 에폭시수지, 폴리에스터, 폴리우레탄, 폴리카보네이트, 폴리아마이드, 폴리이미드 및 폴리에테르 중에서 선택된 1종의 화합물 또는 2종 이상의 혼합물 등을 사용할 수 있지만, 특별히 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 도전성 접착제는, 고분자 바인더와 친화성이 우수하면서 도전성을 가지는 전도성 고분자를 채택하여 트레이드오프 관계인 접착력과 표면저항이 모두 우수한 도전성 접착제 및 도전성 접착필름을 제공할 수 있다.

도 1은 실시예 및 비교예의 도전성 접착제를 이용한 접착력 측정용 시편의 접착력을 측정하여 나타낸 그래프이다.
도 2는 실시예 및 비교예의 도전성 접착제를 이용한 접착력 측정용 시편의 표면저항을 측정하여 나타낸 그래프이다.

이하, 본 발명을 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

본 발명의 도전성 접착제는 금속분말, 전도성 고분자 및 고분자 바인더를 포함한다. 본 발명의 도전성 접착제는, 전도성을 가지면서 고분자 바인더와의 친화성이 우수한 전도성 고분자를 포함하는 전도성 고분자를 포함하여 도전 성능이 우수하다.

금속분말은 전도성이 우수하지만 고분자 바인더와의 친화성이 높지 않으므로, 금속분말의 함량이 증가할 수록 접착성이 저하되는 문제가 발생하게 되며, 접착성의 확보를 위해서 금속분말의 함량을 저하시키면 전도성이 저하되는 트레이드 오프(trade-off) 관계에 해당된다. 또한, 금속분말은 고분자 바인더와의 친화성이 높지 않으므로, 제조공정 상에 있어서 금속분말의 균일한 분산이 쉽지 않으며, 부도체인 고분자 바인더가 금속분말 입자 간의 접촉을 방해하여 전도성을 저하시키게 된다.

이에, 본 발명의 도전성 접착제는 전도성을 저하시키지 않으면서 접착성의 확보를 위해서 전도성 고분자가 사용된다. 전도성 고분자는 일반적으로 전도율 10 ^-7 Scm ^-1 (반도체 이상의 값) 이상의 값을 표시하는 고분자를 지칭하며, 대부분의 경우는 전자 수용체 또는 전자 공여체를 고분자에 도프함으로써 높은 전도율이 얻어진다. 이러한 전도성 고분자는 고분자 바인더와의 친화성을 가지면서 동시에 전도성도 가지는 특성이 있으므로, 금속분말 입자 간에 전도성 고분자가 위치하여 전도성 저하를 방지할 수 있다. 즉, 전하는 저항이 작은 경로를 통하여 이동하게 되므로, 고분자 바인더 보다 상대적으로 저항이 작은 전도성 고분자가 전하의 이동경로를 제공하게 되므로, 전하의 흐름을 용이하게 할 수 있다.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 상기 전도성 고분자로는 전도성 고분자 수지로 이루어진 전도성 고분자 분말; 카본 코어에 전도성 고분자 수지가 코팅된 코어-쉘 구조의 전도성 고분자 복합체; 및 전도성 고분자 수지 용액; 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물 등을 사용할 수 있다.

전도성 고분자 수지로 이루어진 전도성 고분자 분말은 일반적으로 사용되는 분말형태의 전도성 고분자로, 이러한 전도성 고분자 분말의 평균입자 크기는 특별히 한정하는 것은 아니지만 0.01 ~ 10 ㎛인 것을 사용하는 것이 바람직하며, 용도에 따라 다양한 평균입자 크기를 가지는 전도성 고분자 분말을 사용할 수 있다.

카본 코어에 전도성 고분자 수지가 코팅된 코어-쉘 구조의 전도성 고분자 복합체는 내부에 전도성이 우수한 카본 코어를 채택하고 있으므로, 전도성 고분자 수지만으로 이루어진 전도성 고분자 분말에 비하여 전도성이 우수한 장점이 존재한다. 상기 전도성 고분자 복합체의 평균입자 크기는 특별히 한정하는 것은 아니지만 0.01 ~ 10 ㎛인 것을 사용하는 것이 바람직하며, 용도에 따라 다양한 평균입자 크기를 가지는 전도성 고분자 복합체를 사용할 수 있다.

그리고, 전도성 고분자 수지 용액의 경우에는 전도성 고분자 수지가 용매에 분산되어 있는 것으로, 분산 용액의 형태이므로 제조공정상의 가공이 용이한 장점이 존재한다. 즉, 본 발명의 전도성 접착제의 제조과정에서, 고분자 바인더 또는 금속분말과의 균일한 조성물을 형성하기가 용이하다.

또한, 분산도가 높은 용매에 분산된 전도성 고분자 수지는 전도성고분자 2차 도핑 원리에 의해 고분자 체인이 펼쳐지게 된다. 결국 이러한 용매에 분산된 전도성 고분자는 고분자 바인더와 금속분말 사이를 연결해 주는 역할을 더욱 강화시켜 주어 도전성 접착제의 접착성과 전도성을 더욱 향상시킬 수 있다.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 있어서, 상기 전도성 고분자 수지 용액은 경우에 따라서는 상기 전도성 고분자 분말 또는 상기 전도성 고분자 복합체와 함께 사용될 수 있다. 특히, 전도성 고분자 수지는 그 종류에 따라 사용하는 용매에 대한 분산성이 상이한데, 예를 들면 용매로 톨루엔을 사용하는 경우에는 PEDOT-PSS 분말은 분산도가 낮아 PEDOT-PSS 분말이 뭉치거나 가라앉게 된다. 반면에 폴리아닐린은 분산도가 높아서 안정성이 우수한 분산 용액으로 존재하게 된다. 이는 단순히 전도성 고분자 종류에 한정하는 것이 아니라 전도성 고분자와 1차 도핑제인 도판트의 종류에도 영향을 가진다.

상기 전도성 고분자로는 특별히 그 종류를 한정하는 것은 아니지만, 상기 전도성 고분자 수지는 폴리피롤, 폴리티오펜, 폴리아닐린, 폴리아세틸렌, 폴리페닐렌설파이드, 폴리페닐렌비닐렌, 폴리인돌, 폴리피렌. 폴리카바졸, 폴리아줄렌, 폴리아제핀, 폴리플루오렌, 폴리나프탈렌 및 폴리에틸렌디옥시티오펜 중에서 선택된 1종의 화합물 또는 2종 이상의 혼합물 등을 사용하는 것이 바람직하다.

그리고 상기 금속분말로는 그 종류를 특별히 한정하는 것은 아니지만, 금, 은, 동, 니켈과 같은 고융점 금속과 인듐, 주석, 납, 비스무트와 같은 저융점 금속을 포함할 수 있으며, 구체적으로는 금, 은, 동, 니켈, 인듐, 주석, 납, 비스무트 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물 또는 이들의 합금 등을 사용할 수 있다. 특히 상기 금속분말 중 저융점 금속은 납(Pb)의 녹는점(약 327.4 ℃) 이하에서 용융되는 금속재료를 의미한다. 상기 저융점 금속은 저온에서 용융되어 회로기판 본체의 도금면과 금속간화합물을 형성하고, 이로 인해 전기적 도전성능을 향상시킬 수 있으며 도금면과의 부착성능을 증진시키는 역할을 한다. 또한, 상기 금속분말의 평균입자 크기는 특별히 한정하는 것은 아니지만 10 ~ 100 ㎛인 것을 사용하는 것이 바람직하며, 용도에 따라 다양한 평균입자 크기를 가지는 금속분말을 사용할 수 있다.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 상기 고분자 바인더로는 아크릴레이트수지, 에폭시수지, 폴리에스터, 폴리우레탄, 폴리카보네이트, 폴리아마이드, 폴리이미드 및 폴리에테르 중에서 선택된 1종의 화합물 또는 2종 이상의 혼합물 등을 사용할 수 있지만, 특별히 이에 한정되는 것은 아니다.

이러한 고분자 바인더는 도전성 접착제에 접착성을 부여하게 되며, 저온에서의 점착성과 고온에서의 접착성의 향상을 위해서 열가소성 수지와 열경화성 수지의 고분자를 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.

본 발명은 금속분말, 전도성 고분자 및 고분자 바인더를 포함하는 도전성 접착제층을 구비하는 도전성 접착필름을 제공한다. 상기 도전성 접착필름은 베이스 필름의 적어도 일면에 형성된 금속분말, 전도성 고분자 및 고분자 바인더를 포함하는 도전성 접착제층을 구비한다. 본 발명의 도전성 접착필름은, 전도성을 가지면서 금속분말과의 친화성이 우수한 전도성 고분자를 포함하는 전도성 고분자를 포함하여 도전 성능이 우수하다. 상기 베이스 필름은 특별히 그 종류를 한정하는 것은 아니지만, PET와 같은 고분자 필름 등을 사용할 수 있다.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 상기 전도성 고분자로는 전도성 고분자 수지로 이루어진 전도성 고분자 분말; 카본 코어에 전도성 고분자 수지가 코팅된 코어-쉘 구조의 전도성 고분자 복합체; 및 전도성 고분자 수지 용액; 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물 등을 사용할 수 있다. 이러한 전도성 고분자 수지로는 특별히 그 종류를 한정하는 것은 아니지만, 폴리피롤, 폴리티오펜, 폴리아닐린, 폴리아세틸렌, 폴리페닐렌설파이드, 폴리페닐렌비닐렌, 폴리인돌, 폴리피렌. 폴리카바졸, 폴리아줄렌, 폴리아제핀, 폴리플루오렌, 폴리나프탈렌 및 폴리에틸렌디옥시티오펜 중에서 선택된 1종의 화합물 또는 2종 이상의 혼합물 등을 사용하는 것이 바람직하다. 그리고, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 상기 금속분말로는 그 종류를 특별히 한정하는 것은 아니지만, 저융점 금속을 포함할 수 있으며, 구체적으로는 금, 은, 동, 니켈, 인듐, 주석, 납, 비스무트 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물 또는 이들의 합금 등을 사용할 수 있다. 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 상기 고분자 바인더로는 아크릴레이트수지, 에폭시수지, 폴리에스터, 폴리우레탄, 폴리카보네이트, 폴리아마이드, 폴리이미드 및 폴리에테르 중에서 선택된 1종의 화합물 또는 2종 이상의 혼합물 등을 사용할 수 있지만, 특별히 이에 한정되는 것은 아니다.

이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.

실시예

제조예 1. 고분자 바인더의 제조

하기 표 1에 나타난 조성비로 화합물을 준비하였고, 균일하게 교반하여 고분자 바인더를 제조하여 준비하였다.

비교예 1-3. 전도성 고분자를 포함하지 않는 도전성 접착제의 제조

하기 표 2에 나타난 조성비로 화합물을 준비하고, 균일하게 교반하여 전도성 접착제인 비교예 1-3의 제품을 제조하였다.

실시예 1-3. 전도성 고분자 분말을 포함하는 도전성 접착제의 제조

하기 표 3에 나타난 조성비로 화합물을 준비하고, 균일하게 교반하여 전도성 접착제인 실시예 1-3의 제품을 제조하였다.

실시예 4-6. 전도성 고분자 분말을 포함하는 도전성 접착제의 제조

하기 표 4에 나타난 조성비로 화합물을 준비하고, 균일하게 교반하여 전도성 접착제인 실시예 4-6의 제품을 제조하였다.

실시예 7-9. 전도성 고분자 용액을 포함하는 도전성 접착제의 제조

하기 표 5에 나타난 조성비로 화합물을 준비하고, 균일하게 교반하여 전도성 접착제인 실시예 7-9의 제품을 제조하였다.

실시예 10-12. 전도성 고분자 분말 및 전도성 고분자 용액을 포함하는 도전성 접착제의 제조

하기 표 6에 나타난 조성비로 화합물을 준비하고, 균일하게 교반하여 전도성 접착제인 실시예 10-12의 제품을 제조하였다.

시험예 1. 도전성 접착제의 접착성 측정

상기 실시예 1-12 및 비교예 1-3의 도전성 접착제의 시료를 준비한 후에, 전자파 차폐용 접착필름을 SUS에 가접하고 다시 한번 동박과 120℃x0.5sec 조건으로 가접하였다. 가접한 시편을 High Pressure(150℃, 37.5Kgf/cm ² ) 조건으로 30분간 압착 시킨 후 160℃에서 30분간 경화 시켜 접착력 측정용 시편을 제조하였다. 이 후 폭 10mm, 길이 50mm로 절단 후 인장강도 시험기(Instron 5543)를 이용하여 50mm/min 속도로 90° Peel 측정하여 접착필름의 접착력을 측정하여 하기 표 7 및 도 1에 기재하였다.

하기 표 7의 결과에 따르면, 금속분말의 함량(20중량부, 25중량부 및 30중량부)에 따른 접착력 값은 실시예 1-12와 비교예 1-3의 차이가 2%미만에 불과하므로, 전도성 고분자를 첨가한 실시예 1-12의 경우에 접착력이 저하가 미미한 것으로 알 수 있었다.

시험예 2. 도전성 접착제의 표면저항의 측정

상기 실시예 1-12 및 비교예 1-3의 도전성 접착제의 시료를 준비한 후에, 전자파 차폐용 접착필름을 50mm x 50mm 크기로 절단하여 표면저항 측정용 시편을 제조하였다. 이 후 시편을 저저항측정기(MITSUBISHI MCP-T610)를 이용하여 10V x 10sec 측정하여 표면저항을 측정하여 상기 표 7 및 도 2에 기재하였다.

상기 표 7의 결과에 따르면, 금속분말의 함량에 따른 표면저항값은 하기 표 8과 같다.

상기 표 8의 결과에 따르면, 금속분말의 함량이 20중량부인 경우에는, 비교예 1의 표면저항 값에 비하여 실시예 1, 4, 7, 10의 표면저항 값이 상대적으로 낮을 것을 알 수 있었으며, 약 50% 이상의 표면저항 값을 줄인 것을 알 수 있었다. 특히, 전도성 고분자 용액을 사용한 실시예 7의 경우에는 약 75%의 표면저항을 값을 줄인 것으로 나타났으므로, 전도성 고분자 용액을 사용하는 경우가 도전성 향상 효과가 가장 우수한 것을 알 수 있었다.

그러나, 금속분말의 함량이 증가된 25중량부, 30중량부의 금속분말을 포함하는 경우에는, 전도성 고분자의 사용에 따른 도전성 향상의 정도가 다소 감소하는 것을 알 수 있었으며, 이는 금속분말의 함량의 증가에 따른 바인더 고분자에 의한 방해효과가 감소하기 때문에 전도성 고분자의 사용에 따른 도전성 상승효과가 미미한 것으로 예상된다.

다만, 전도성 고분자 용액을 사용하는 경우에는 금속분말을 30중량부 포함하는 비교예 3의 표면저항 값과 금속분말을 20중량부 포함하는 실시예 7의 표면저항 값이 유사하므로, 전도성 고분자 용액을 사용하는 경우에는 금속분말의 사용량을 30% 정도 감소시킬 수 있는 효과를 가져 올 수 있다.

한편, 본 발명은 중소기업청에서 지원하는 2012년도 산학연협력 기업부설연구소 지원사업(No.C0006024)의 연구수행으로 인한 결과물임을 밝힙니다.