KR101492890B1

KR101492890B1 - 표면실장용 발광소자의 전도성 접착제

Info

Publication number: KR101492890B1
Application number: KR20130012834A
Authority: KR
Inventors: 강문식; 강휘원; 박용수
Original assignee: (주) 파루
Priority date: 2013-02-05
Filing date: 2013-02-05
Publication date: 2015-02-13
Anticipated expiration: 2033-02-05
Also published as: KR20140100598A

Abstract

본 발명은 표면실장용 발광소자의 전도성 접착제에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 LED 납땜시 사용되는 솔더 페이스트를 대체할 수 있고, 저온 소성이 가능한 전도성 접착제로서 전기전도성, 접착력이 우수할 뿐만 아니라 플럭스 프리 조성물로 할로겐 화합물에 의해 기판에서 발생할 수 있는 마이그레이션(Migration)을 방지할 수 있는 표면실장용 발광소자의 전도성 접착제에 관한 것이다.

Description

표면실장용 발광소자의 전도성 접착제{Conductive adhesive composition of LED for surface mount type}

본 발명은 표면실장용 발광소자의 전도성 접착제에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 LED 납땜시 사용되는 솔더페이스트를 대체할 수 있고, 저온 소성이 가능한 전도성 접착제로서 전기전도성, 접착력이 우수할 뿐만 아니라 플럭스 프리 조성물로 할로겐 화합물에 의해 기판에서 발생할 수 있는 마이그레이션(Migration)을 방지할 수 있는 표면실장용 발광소자의 전도성 접착제에 관한 것이다.

최근 전자 기기의 경박단소화의 진행과 함께, 표면 실장 기술(surface mounting technology)이 실장 기술의 주류가 되었다. 이 기술은 +인쇄 기판(printed board) 상에 솔더 페이스트를 스크린 인쇄하고, 부품을 실장(mount)한 후, 리플로 노(reflow furnace)에서 이 솔더 페이스트를 리플로시켜서 회로 기판을 제작하는 기술이다.

이 표면 실장 기술에서 솔더 페이스트는 중요한 기술 요소이다. 솔더 페이스트를 미세한 단자에 신뢰성이 높게 납땜하기 위해서는, 고성능이고 신뢰성이 높은 솔더 페이스트가 필요하다. 이와 같은 솔더페이스트는 특허등록공보 제0606179호(특허등록일자 2006년 07월 21일)에 개시되어 있다.

상기 종래기술은 다음과 같은 기술분야 및 기술을 개시하고 있다.

일반적으로 접합 금속(junction metal)(예를 들면, 전자 부품의 전극)을 본딩(bonding)될 다른 접합 금속(예를 들면, 인쇄 기판의 전극)에 납땜하는 경우, 솔더 페이스트에는 솔더 합금(solder alloy)과 솔더 플럭스(solder flux)를 함유시킬 필요가 있다.

이 솔더 플럭스는, (1) 접합에 관여하는 금속 표면의 세정(산화막 제거), (2) 세정된 금속 표면의 재산화 방지 및 (3) 용융 솔더의 표면 장력을 감소시키는 역할을 할 수 있다. 솔더 페이스트는 입자 크기를 수십 ㎛로 분말화한 솔더 합금(솔더 분말(solder powder))과, 플럭스로서의 역할을 하며 틱소 특성(thixotropic property)을 솔더 페이스트에 부여하는 기능을 수행하는 유기물 성분(즉, 플럭스 비이클(flux vehicle))으로 이루어진다. 상기 솔더 페이스트에 요구되는 성능으로는 솔더 부착성(습윤성)(soldability), 인쇄성(printability) 및 보존성(stability)이 포함된다.

솔더 분말 및 플럭스 비이클의 특성은 상기 성능의 발휘시 중요한 역할을 한다. 예를 들면, 인쇄성은 솔더 분말의 형태, 솔더 분말의 입자 크기 및 입자 크기 분포, 용재(solvent)와 같은 플럭스의 조성, 틱소제(thixotropic agent), 플럭스 비이클의 로진(rosin), 및 솔더 페이스트 제조시 솔더 분말과 플럭스 비이클에 대한 혼합 조건 및 온도 조건에 크게 좌우된다.

솔더 페이스트의 성능 중에서, 솔더 부착성은 회로 기판과 부품 사이의 접합부에 대한 신뢰성에 상당한 영향을 주기 때문에, 솔더 부착성은 제품의 신뢰성에 직결된다. 이 솔더 부착성은 솔더 분말의 표면 상태 및 입자 크기, 플럭스 비이클 조성, 특히, 로진 및 활성제의 종류와 첨가량 등에 크게 좌우된다. 따라서, 현재까지는, 솔더 페이스트의 솔더 부착성을 향상시키기 위해서, 통상적으로 솔더 분말의 표면 상태 및 입자 크기, 플럭스 비이클 조성, 특히, 로진 및 활성제의 종류 및 첨가량등을 조절하였다.

이와 같은 솔더 페이스트는 전도성 접착제로서 널리 사용되고 있다. 이중에서 표면실장형(Surface Mount Type) 발광소자(LED)의 제조과정 중 마스킹과정을 위한 스크린 인쇄방식에서 인쇄용 잉크로 사용될 수 있다.

그러나 이와 같은 표면실장용 발광소자(Surface Mount Type LED)의 스크린 인쇄를 위한 전도성 접착제로서 솔더페이스트를 사용하는 경우에 고온에 의하여 접착되기 때문에 플럭스의 찌꺼기 중의 할로겐성분이나 습기가 증가될 수 있어 발광소자의 접착부분에서 금속이온이 이동되는 마이그레이션(Migration) 현상에 의하여 배선의 결손되고, 상기 배선의 결손에 의한 임피던스가 증가되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 표면실장용 발광소자의 제조과정에서 마스크에 도포된 접착제로 인하여 발생되는 마이그레이션에 의한 배선의 결손 및 임피던스의 증가를 방지할 수 있도록 150도 이하의 저온에서 경화가 가능한 표면실장용 발광소자의 전도성 접착제를 제공함에 있다.

본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 하기와 같은 실시예를 포함한다.

본 발명에 따른 표면실장용 발광소자의 전도성 접착제는 표면실장용 발광소자의 전도성 접착제에 있어서,
용제 100중량부와, 전도성 파우더 250중량부와, 아크릴계 수지 또는 에폭시 수지로 이루어진 접착성 혼합물질 75~100중량부, 경화제 10~25중량부, 접착액의 도포과정에서 발생된 열을 외부로 배출시키는 방열제 0.5~25 중량부와, 전도성 파우더의 결합력을 강화시키는 커플링제 0.25 중량부 미만을 포함하고, 상기 전도성 파우더는 10~100nm, 300~500nm 및 0.5~10㎛중에서 선택된 2종 이상의 입자크기중 최소 크기의 입자에 비하여 열배 이상의 크기로 혼합되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 실시예에 있어서, 상기 전도성 파우더는 은(Ag), 구리(Cu), 주석(Sn), 주석-비스무트(Sn-Bi), 인듐(In), 비스무트(Bi)중 하나 이상을 포함하는 것이 바람직하다.

삭제

본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, 상기 커플링제는 3-아미노프로필트리에톡실란(3-Aminopropyltriethoxysilane), 3-메르카토프로필트리메톡실란 (3-Mercap topropyltrimethoxysilane), 3-클로로프로필트리에톡실란(3-Chloropropyltriethoxy silane), 비닐트리에톡실란(Vinyltriethoxysilane), 비틸트리메톡실란(Vinyltrime thoxysilane), 3-메타크릴로시프로필트리메톡실란(3-Methacryloxypropyltrimetho xysilane), 헥사데실트리메톡실란 (Hexadecyltri methoxysilane), 3-그리시도시프로필트리메톡실란(3-Glycidoxypropyl trimethoxysilane), n-옥틸트리에톡실란 (n-Octyltriethoxysilane) 중 하나 이상을 포함한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, 상기 경화제는 아민계(Diethylenetriamine, N-aminoethyl piperazine, triethylenetetramine 중 선택된 하나 이상), 이미다졸(imidazole), 폴리아미드(polyamide)중 하나 이상을 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, 상기 표면실장용 발광소자의 전도성 접착제는 10,000CP~100,000CP의 점도를 갖는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 상술한 바와 같은 실시예를 통하여 온도나 습기 및 플럭스의 증가가 없기 때문에 짧은 시간으로 저온소성으로서 배선의 결손 및 마이그레이션이 방지될 수 있어 접착강도와 도포성능과 도포후 보형성이 우수하고, 절연성의 저하가 없으며, 포트 수명이 긴 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 LED용 전도성 접착제의 제조과정을 도시한 순서도이다.

이하에서는 본 발명에 따른 표면실장용 발광소자의 전도성 접착제의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 표면실자용 발광소자의 전도성 접착제는 용제와, 아크릴계 수지 또는 에폭시 수지로 이루어진 접착성 혼합물질과, 전도성 파우더와, 경화제 및 첨가제를 포함한다.

상기 전도성 파우더는 상기 용제를 100중량부로 하였을 경우에 250중량부, 접착성 혼합물질은 75~100중량부, 경화제는 10~25중량부, 첨가제는 25중량부로서 구성된다.

여기서 첨가제는 유기물과 무기물의 결합력을 강화시키는 커플링제와, 열을 방출시키는 방열제가 포함된다. 이때 상기 커플링제는 상기 용제 100중량부에 대비하여 0.25중량부, 상기 방열제는 0.5~25중량부가 첨가된다.

본 발명에 따른 표면실장용 발광소자의 전도성 접착액은 상기와 같이 금속입자로서 이루어진 전도성 파우더를 포함함에 따라서 저온(예를 들면, 상온에서 150도 이하)의 경화가 가능하다. 즉, 본 발명은 전도성 파우더에 의하여 경화시간이 빠르고, 접착을 위하여 열이 가해지지 않고, 액상형태로 마스크상에 도포되기 때문에 주변 공기중에 포함되는 습도에 의한 영향을 받지 않아 마이그레이션 현상이 발생되지 않는다. 상기와 같은 표면실장용 발광소자의 전도성 접착제의 제조방법은 첨부된 도 1을 참조하여 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 표면실장용 발광소자의 전도성 접착제의 제조방법을 도시한 순서도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 표면실장용 발광소자의 전도성 접착제의 제조방법은 에폭시 또는 아크릴수지중 어느 하나와 용제를 혼합하는 접착용 혼합물제조단계(S100)와, 상기 접착용 혼합물에 전도성 파우더를 혼합하는 전도성 파우더 혼합단계(S200)와, 전도성혼합물에 첨가제를 혼합하는 첨가제혼합단계(S300)를 포함한다.

상기 접착용 혼합물 제조단계(S100)는 아크릴계 수지 또는 에폭시계 수지를 용제와 3~5시간 교반기를 통하여 혼합하는 단계이다. 여기서 상기 아크릴계수지 또는 에폭시계 수지는 본 발명에서 제조하고자 하는 표면실장용 발광소자의 전도성 접착제에서 접착성분을 갖도록 한다. 아울러 상기 용제는 솔벤트(Solvent)가 적용되었다.

여기서 접착용 혼합물은 용제를 100중량부로 볼 때, 상기 아크릴계 수지 또는 에폭시계 수지는 75중량부 내지 100중량부로서 혼합된다.

상기 전도성 파우더 혼합단계(S200)는 상기 접착용 혼합물 제조단계(S100)에서 혼합된 접착성 혼합물에 금속성 입자로 이루어진 전도성 파우더를 혼합하는 단계(S100)이다. 상기 전도성 파우더는 은(Ag), 구리(Cu), 주석(Sn), 주석-비스무트(Sn-Bi), 인듐(In), 비스무트(Bi)중 하나 이상을 포함한다.

여기서 전도성 파우더의 입자크기는 10nm이하일 경우 가격적인 측면에서 매우 고가이며, 10㎛ 이상일 경우에는 전도성 접착제를 표면실장용 발광소자의 마스킹과정에서 도포될 시에 표면이 불균일하여 접착 불량율이 높기 때문이다.

또한 상기 전도성 파우더는 동일 입자크기를 갖도록 전도성 파우더만을 사용하였을 경우에는 입자간의 결합시에 빈공간이 다 수 발생됨이 확인되었다.

그러나 서로 다른 입자크기를 갖는 전도성 파우더는 입자 사이의 빈 공간이 보다 작은 사이즈의 입자로 채워짐에 따라서 결합력을 증대시킬 수 있고, 이로 인하여 저항의 균일성 및 높은 전도성을 갖게 된다. 균일한 저항을 형성하고, 높은 전도도를 갖게 할 수 있다.

여기서 상기 전도성 파우더의 입자크기는, 10~100nm, 100~500nm, 0.5~10㎛중에서 선택적으로 결정되는 것이 바람직하다. 이는 각 입자의 크기를 서로 다르게 하였을 경우에 결합된 입자 사이에 빈공간이 형성되지 않도록 하기 위함이다.

즉, 상기 전도성 파우더는 10nm의 입자와 55nm의 크기를 갖는 전도성 파우더를 혼용했을 경우와, 10nm과 200nm의 입자크기를 갖는 전도성 파우더를 혼합한 이후에 입자 사이의 빈공간의 존재를 확인한 결과, 10nm과 55nm의 크기를 갖는 전도성 파우더의 입자간의 결합시에 미세한 빈공간이 남아 있었으나, 상기와 같이 그 차이가 최소 크기의 입자에 비하여 열배 이상의 크기를 갖는 입자를 혼용하였을 경우에 빈공간이 생성되지 않은 것으로 확인되었다.

따라서 본 발명에 따른 전도성 파우더는 서로 다른 2종 이상의 입자크기를 갖는 은(Ag), 구리(Cu), 주석(Sn), 주석-비스무트(Sn-Bi), 인듐(In), 비스무트(Bi)중 하나 이상을 포함한다.

예를 들면, 은(Ag)의 입자를 10~100nm, 100~500nm, 0.5~10㎛의 입자크기중에서 2 이상을 선택하여 혼용하거나, 또는 10~100nm의 입자크기를 갖는 은(Ag)와, 0.5~10㎛의 입자크기를 갖는 구리(Cu)를 혼용하여 사용하거나, 또는 10~100nm, 100~500nm의 은(Ag)과, 0.5~10㎛의 입자크기를 갖는 구리(Cu)를 혼합하여 적용함이 바람직하다.

결론적으로 본 발명에서 상기 전도성 파우더는 상기 전도성 파우더는 10nm이상, 10㎛이하의 입자크기를 갖는 2종 이상의 전도성 파우더를 혼용하여 사용됨이 바람직하다.

또한 상기 전도성 파우더는 용제를 100중량부로 했을 경우에 250중량부가 혼합됨이 바람직하다.

상기 첨가제 혼합단계(S300)는 상기 전도성 파우더가 혼합된 혼합물에 경화제와 첨가제를 첨가하는 단계이다. 여기서 상기 첨가제는 방열제와 커플링제를 포함하고, 상기 경화제는 상기 용제를 100중량부로 했을 경우에 10~25중량부, 상기 커플링제는 0.25중량부 미만, 상기 방열제는 0.5~25중량부가 첨가된다.

상기 방열제는 표면실장용 발광소자의 마스킹과정에서 스크린인쇄시에 접착액이 도포되는 경우 발생된 열을 배출할 수 있어 온도를 낮추는 역할을 하며, 상기 커플링제는 접착제에 혼합된 각 성분, 특히 전도성 파우더의 결합력을 강화시킨다.

그리고 상기 커플링제는 실란(Silane) 계열 커플링제로 3-아미노프로필트리에톡실란(3-Aminopropyltriethoxysilane), 3-메르카토프로필트리메톡실란(3-Mercaptopro pyltrimethoxysilane), 3-클로로프로필트리에톡실란(3-Chloropropyltriethoxy silane), 비닐트리에톡실란(Vinyltriethoxysilane), 비틸트리메톡실란(Vinyltrime thoxysilane), 3-메타크릴로시프로필트리메톡실란(3-Methacryloxypropyltri methoxysilane), 헥사데실트리메톡실란 (Hexadecyltri methoxysilane), 3-그리시도시프로필트리메톡실란(3-Glycidoxypropyl trimethoxysilane), n-옥틸트리에톡실란 (n-Octyltriethoxysilane) 중 하나 이상을 포함한다.

상기 경화제는 아민계(Diethylenetriamine, N-aminoethyl piperazine, triethylenetetramine중 선택된 하나 이상), 이미다졸(imidazole), 폴리아미드(polyamide)중 하나 이상을 포함한다.

상기와 같이 본 발명은 상기 첨가물 혼합단계(S300) 이후 상기 방열제와, 경화제 및 커플링제가 혼합되면 점도 10,000CP~100,000CP의 표면실장용 발광소자의 전도성 접착제가 완성된다.

여기서 상기 전도성 접착제는 상술한 바와 같이 표면실장용 발광소자의 마스킹과정에서 전도성 접착액을 도포하여 스크린 인쇄공정을 진행하여 발광소자를 접착시킨다.

이때 상기 마스킹과정에서 상기 전도성 접착액의 점도가 10,000CP 이하가 되면 마스크에서 접착액이 주변으로 번지게 됨에 따라서 불량율이 증가된다. 또는 상기 전도성 접착액의 점도는 100,000CP 이상이 되면 전도성 접착액이 도포시에 점도가 높기 때문에 접착영역에 균일하게 도포 되지 못하고 빠르게 경화됨에 따라서 접착액의 과다사용 및 표면의 불균일로 인한 불량율이 증가된다.

이와 같이 본 발명에 따른 표면실장용 발광소자의 접착액은 종래와 달리 마스크에 솔더 페이스트의 주성분인 납보다 전도도가 높은 금속입자를 포함하고 있기에 상온에서 150도의 저온에서 경화가 가능하다. 따라서 본 발명에 의한 전도성 접착액을 도포하여 표면실장용 발광소자의 마스크과정을 진행하면, 저온에서 경화가 이루어지기 때문에 종래의 문제점인 마이그레이션에 의한 접착력의 저하나 임피던스의 증가와 같은 문제점이 발생되지 않는다.

또한 본 발명은 2종 이상의 서로 다른 크기를 갖는 전도성 입자를 하나 이상 혼합하기 때문에 전도성 입자의 결합력이 증대됨에 따라서 경화시간(예를 들면, 상온에서 2시간, 150도의 경화장치에서 1~2분)이 짧고, 마스크상에 도포시에 형상을 유지하면서 도포되고, 그 형상의 변형이 쉽지 않기 때문에 보형성이 우수하다. 아울러 본 발명은 저온에서 경화가 가능하기 때문에 주변공기에 포함된 습도에 의한 부식성 절연의 저하가 없다.

이상에서 본 발명은 기재된 구체 예에 대해서 상세히 설명하였지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

S100 : 접착성 혼합물 제조단계
S200 : 전도성 파우더 혼합단계
S300 : 첨가제 혼합단계

Claims

표면실장용 발광소자의 전도성 접착제에 있어서,
용제 100중량부와, 전도성 파우더 250중량부와, 아크릴계 수지 또는 에폭시 수지로 이루어진 접착성 혼합물질 75~100중량부, 경화제 10~25중량부, 접착액의 도포과정에서 발생된 열을 외부로 배출시키는 방열제 0.5~25 중량부와, 전도성 파우더의 결합력을 강화시키는 커플링제 0.25 중량부 미만을 포함하고,
상기 전도성 파우더는 10~100nm, 300~500nm 및 0.5~10㎛중에서 선택된 2종 이상의 입자크기중 최소 크기의 입자에 비하여 열배 이상의 크기로 혼합되는 것을 특징으로 표면실장용 발광소자의 전도성 접착제.
제1항에 있어서, 상기 전도성 파우더는
은(Ag), 구리(Cu), 주석(Sn), 주석-비스무트(Sn-Bi), 인듐(In), 비스무트(Bi)중 하나 이상을 포함하는 표면실장용 발광소자의 전도성 접착제.
삭제
제1항에 있어서, 상기 커플링제는
3-아미노프로필트리에톡실란(3-Aminopropyltriethoxysilane), 3-메르카토프로필트리메톡실란(3-Mercaptopro pyltrimethoxysilane), 3-클로로프로필트리에톡실란(3-Chloropropyltriethoxy silane), 비닐트리에톡실란(Vinyltriethoxysilane), 비틸트리메톡실란(Vinyltrime thoxysilane), 3-메타크릴로시프로필트리메톡실란(3-Methacryloxypropyltri methoxysilane), 헥사데실트리메톡실란 (Hexadecyltri methoxysilane), 3-그리시도시프로필트리메톡실란(3-Glycidoxypropyl trimethoxysilane), n-옥틸트리에톡실란 (n-Octyltriethoxysilane) 중 하나 이상을 포함하는 표면실장용 발광소자의 전도성 접착제.
제1항에 있어서, 상기 경화제는
아민계(Diethylenetriamine, N-aminoethyl piperazine, triethylenetetramine중 선택된 하나 이상), 이미다졸(imidazole), 폴리아미드(polyamide)중 하나 이상을 포함하는 표면실장용 발광소자의 전도성 접착제.
제1항에 있어서, 상기 표면실장용 발광소자의 전도성 접착제는
10,000CP~100,000CP의 점도를 갖는 것을 특징으로 하는 표면실장용 발광소자의 전도성 접착제.