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절연성 바인더이자 접착제로는 열가소성수지와 열경화성수지가 모두 사용됩니다. 열가소성수지는 범용 용제에 녹기 때문에, 수리보수성이 우수하다는 특징이 있는반면, 내열성이 열악하고, 용융점도가 높아 접속저항이 높은점 등이 단점으로 지적되고 있습니다. 이때문에 현재의 주류 ACF는 접속신뢰성 향상이라는 관점에서 에폭시수지등의 열경화성수지를 사용하고 있으며, 접속시등에 발생하는 응력완화, repair성을 부여하기 위하여 일부 열가소성수지나 낮은 가교도의 고분자수지를 분산시킨 열경화성수지도 접착제로서 사용되고 있습니다.
열경화성수지 접착제는 열가소성수지 접착제에 비교하여, 접속초기에 있어서 용융점도의 저하가 빠르게 일어납니다. 그러므로 열경화성수지를 사용한 ACF는 도전입자와 전극사이에서의 접착제의 배제성에서 우수하기 때문에 높은 전도성이 얻어집니다. 또한 열경화성수지 접착제는 고온영역에서의 탄성율 저하가 없고, 응력변형시험에서의 응력값이 높고 파괴신도는 수 %로 작아서 연성이 없기 때문에 경하고 취약한 특성을 갖습니다. 반면 열가소성수지 접착제는 고온 (100℃ 부근)에서의 탄성율 저하가 열경화성수지 접착제에 비교하여 크고, 응력변형시험에서의 응력값이 낮고 파괴신도는 수십 %로 크기 때문에 유연하고 점성이 크며 질긴 특성을 갖는다. 한편 가교고분자수지를 분산시킨 열경화성수지 접착제는 고온영역에서의 탄성율 저하가 작고, 응력변형시험에서의 응력값이 높고 파괴신도는 10%미만으로 작지만 약간의 연성을 갖기 때문에 경하고 점성이 강한 특성을 갖습니다. 도전입자와 기판사이의 기계적 접촉을 유지하는 접속신뢰성의 점에서는 경한특성이 유리하고, 응력완화라는 점에서는 점성이 강한특성이 유리하므로 접속신뢰성 및 응력완화에 가교성수지를 분산시킨 열경화성수지 접착제가 가장 유리한 접착제라고 할수있습니다.
전기 전도성을 부여하는 도전입자는 크게 두가지 종류로 나누어 볼수있는데 하나는 입자의 내부가 전도성 금속으로 되어있는 경우이고 다른하나는 내부가 절연성 물질로 되어있는 경우입니다. ICA와 마찬가지로 금속입자로는 은이 가장 대표적이나 높은 전기장 하에서의 은입자의 이동성 문제로 인하여 ACA/ACF에는 적합하지 않습니다. 금은 은에 못지않은 전기전도도와 산화가 거의 일어나지 않는 표면 안정성으로 ACA/ACF에 적합하나 귀금속이기에 비용면에서 문제점이 있습니다. 구리는 우수한 전도성과 가격적인 면에서는 우월성으로 ACA/ACF에 최적의 도전입자가 될수도 있으나 산화반응에 의한 급격한 전도성 유실로 부적합합니다. 니켈은 구리와 유사하나 구리와 거의 유사한 물성을 가지고 있습니다. 최근에는 무게가 가볍고 생산가격이 훨씬 저렴한 절연성 유기고분자로 입자내부를 만들고 그 표면에 전도성 금속성분, 주로 은, 니켈 또는 금을 코팅시킨 경우가 ACA/ACF 시스템에 주로 적용되고 있습니다.
ACA/ACF 실장에는 경화반응중에 압력을 가해야하는 공정이 필요합니다. 경화반응은 열이외에 자외선을 조사하여 반응을 개시시킬수 있으며 이러한 에너지를 적용하느냐에 따라서 공정의 설계가 달라지며 이외에 고려해야할 공정변수로는 온도구배, 압력구배, 접착제가 유연해지고 유동성을 보이는 시점까지의 시간, ACA/ACF와 기판간의 정렬 및 기판표면의 접착면인 범프의 균일한 형태 및 높이, 그리고 경화시간 등입니다.

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LCD에 사용되는 편광판의 구조

LCD패널에서 점착제는 주로 편광판을 유리 기판에 붙일때 주로 사용됩니다. 편광판의 구조는 상기그림과 같습니다. 광학용 점착제는 우선 투명해야 하며 탁도(haze)가 낮아야 합니다. 그리고 광학적으로 등방성이어야 하며, 환경조건의 변화에 따른 착색, 변색이 적어야 하며, 이물 및 결점이 없어야 합니다.

PVA 수축에 따른 점착제의 수축 모식도 WV(wide viewing)-TAC

광학용 점착제에서의 요구사항 중에서도 편광필름에서 가장 중요시 되는 것은 빛샘(light leak) 현상을 최소화하는 것입니다. 편광필름은 PVA를 연신하여 편광특성을 나타내기 때문에 수축량도 커지게 됩니다. PVA 아래위로 TAC 필름을 대고 아래 TAC 필름에만 점착제가 있는 상태로 유리에 붙여지게 됩니다. PVA에 수축응력이 발생하게 되면 점착제로 유리와 붙어 있는 TAC 필름에 그 힘이 집중되어 위상차가 발생하게 되어 빛샘 현상이 나타나게 됩니다(상기그림). 이를 최소화 하기 위해서는 점착제의 탄성 제어가 중요합니다.

각종 점착제 샘플의 변형량과 주변 빛샘 평가결과

상기그림에서 점착제의 변형량이 클수록 빛샘 현상이 적은것을 볼 수 있습니다. 이와 관련하여 butyl acrylate, 4-hydroxybutyl acrylate와 모노머를 라디칼 고분자합성을 통해 점착제를 만들어서 편광판의 빛샘 현상을 살펴보아야 합니다.
Tetrahydrofurfuryl acrylate(THFA)와 phenyl maleimid(PMI) 모노머를 사용하여 합성한 점착제가 2.5 인치와 7.0 인치 크기에서 빛샘 현상이 가장 적었는데, 이유로는 THFA는 이 중 가장 낮은 Tg, film(-41.5 ℃)와 탄성을 갖고, PMI는 가장 높은 Tg, film(-4.1 ℃)와 탄성을 갖기 때문으로 판단됩니다. 그 외의 빛샘이 많은 것의 모노머는 중간의 Tg와 탄성값을 갖습니다. 빛샘을 줄이는 중요한 요인은 낮은 Tg의 모노머에서는 높은 stress 완화 작용이고, Tg를 갖는 모노머에서는 높은 수축저항력으로 보입니다. 낮은 Tg에서는 온도 상승에 따라 내구성이 약하므로, 되도록 Tg와 탄성을 높게 설계하는 것이 내구성이 높고 빛샘이 적은 점착제를 합성할 수 있는 방향입니다.

신뢰성 테스트 후 발포의 형상 (a) 푸른색, 붉은색 화살표 수축방향, (b) 기포 확대 현미경 사진

디스플레이는 고온이나 열충격 테스트 등의 신뢰성 테스트를 거치게 되는데 점착제도 영향을 받게 됩니다. 신뢰성 테스트중 발생하는 기포로 인해 외관에 영향을 미치게 되는데 자세한 현미경 사진은 상기그림과 같습니다. 필름의 가장자리가 수축응력을 많이 받게 되므로 기포생성이 두드러짐을 볼 수 있습니다. 이러한 발포는 초기에는 눈에 보이지 않을 정도의 이물에서 시작되는데 발포 발생 과정을 추정해보면 다음과 같습니다. 이물이 점착제와 유리판 사이에 존재하고 그 주변에 점착제 중의 수분, 잔존 용제, 잔존 모노머 등이 모이게 됩니다. 모이게 된 물질은 고온으로 인해 기화가 되어 증기압이 점착제의 응집력보다 커지게 됩니다. 생성된 기포는 위에서 언급한 편광필름의 수축에 의해 확대됩니다.
발포 발생 과정 중에 가장 중요한 것은 이물이 묻지 않도록 공정 환경을 깨끗하게 유지하는 것입니다. 다음은 증기압을 견뎌낼 만큼 응집력을 높이는 것이 중요합니다. 응집력은 점착의 3물성인 tack, peel strength, holding power(또는 creep)중 peel strength와 holding power의 결과로 살펴볼 수 있습니다. 높은 응집력을 위해서는 폴리머의 분자량을 늘리거나 가교도를 높이는 방법이 있습니다. 폴리머의 분자량은 개시제의 양과 밀접한 관계가 있고, 분자량이 커지게 되면 응집력은 커지고점착성능은 줄어들게 됩니다. 하지만 분자량이 너무 커지게 되면 용융점도는 분자량의 3.4승에 비례하여 커지게 되어 유동성이 나빠지고, 접착계면에서의 접촉면적이 작아지게 됩니다. 동시에 기재와의 상호작용이 어렵게 되어 계면파괴(interfacial failure mode)가 일어나기 쉽다. 계면파괴는 점착제의 분리양상 중 하나로써 이 형태로 weak boundary layer(WBL)의 위치를 알 수 있습니다. Cohesive failure mode는 WBL가 PSA안에 존재하는 것으로 응집력(cohesion)이 좋지 않은 것을 알수 있으며, interfacial failure mode는 기재 또는 점착제 표면에 WBL이 존재할 때 나타나는 현상입니다.
응집력을 높이기 위해 경화도를 향상시키는 방법이 제시되는데 초기에 경화도가 작을 경우에는 유동성이 큽니다. Tack은 이와 같은 분자의 유동성에서 주로 기인하게 되므로 가장 큰 값을 갖습니다. 점착력과 응집력은 내부 응집도가 떨어질 때 낮은 값을 갖습니다. 과경화되면 분자의 유동성이 떨어져 낮은 tack 값을 갖게 됩니다. 점착력을 갖기 위해서는 고분자가 유동성을 갖고 기재와의 강한 결합을 이룰 수 있도록 기재 쪽으로 확산해야 합니다. 과경화로 인해 확산이 늦어지게 되면 점착력이 떨어지게 됩니다. 왜냐하면 점착력은 tack과 같이 매우 짧은 시간 안에 측정하는 것이 아니라. 일정한 시간이 흐른 후에 박리강도를 측정하는 것으로, 기재로의 확산 속도가 중요한 요인이 되기 때문입니다.
응집력을 높이는 것과 더불어 발생되는 기체를 줄이기 위해서 관능기 성분을 필요최소한의 양으로 감소시키고 물을 적게 흡수할 수 있는 폴리머를 설계하는 것이 중요합니다.

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UV경화 불량 현상에 따라 원인은 매우 여러가지입니다.
더구나 어떤 불량이 발생하면 대부분 남의 탓부터 하는게 대부분 입니다.
회사에서 품질이나 경영을 책임지고 있는 엔지니어나 관리자라면 객관적이고 실증적인 원인을 미리 알고 대책을 미리 수립해야 실제로 불량이 발생했을 때 정확한 대책을 수립할 수 있습니다.
경화가 안되거나 덜되는 미경화와, 경화가 너무 지나치게 되어 수지가 타는 듯한 과경화(過硬化)가 있습니다. uv경화가 최적으로 되는 데는 다음 조건을 모두 갖추어야 합니다. 이 중에서 1개라도 맞지 않으면 불량이 나타나는 경우도 있고, 2가지가 틀려도 자체 흡수되어 불량으로 이어지지 않는 경우도 있습니다.
1. 수지의 흡수 파장과 램프 파장 : 수지의 흡수 파장과 램프의 파장이 매치 되어야 하는데 2가지가 매치되지 않는경우
2. uv강도와 uv에너지 량 : uv강도(Intensity : mW/cm2)와 uv에너지 량(mJ/cm2)이 수지가 요구하는 만큼 되어야 하는데 요구량 만큼 되지 않습니다. 특히 적산 에너지는 충분해도 강도가 낮아서 경화 불량이 생기는 것은 경험이 오래된 기술자도 간과하는 경우가 많습니다.
3. 코팅 두께와 선속도 : 코팅 두께가 두꺼워졌거나 콘베이어 선속도가 원래 세팅된 값보다 빠릅니다.
이상은 주요한 원인만 기술한 것이고, 이 외에도 수지의 색상, 주위 온도, 심지어는 아무런 조건 변경이 없는데도 경화 불량이 나는 경우도 있을 정도로 팩터가 많으므로 해결하기 어려운 경우는 객관적인 실력을 갖춘 전문가와 상담하는게 좋습니다.

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