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  1. 2013.06.26 ACA/ACF 전기적 물성의 증진
  2. 2013.06.25 LCD 액정 셀 실링용 접착제
  3. 2013.06.24 UV 경화 불량중 접착력이 낮는 원인
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ACA/ACF에 의한 전기접속결과 얻어지는 전기전도도는 기판의 전극과 그위에 실장되는 회로소자의 터미널 사이에서 ACA/ACF의 전도성 입자가 이루는 기계적 접속이 얼마나 완벽하게 이루어 지는가에 달린 문제로 결국 솔더에 비하여 취약한 ACA/ACF의 전기적 물성문제는 전도성 입자와 금속성 전극과의 물리적 접속을 극대화시키는 방법을 통하여 해결될수 있습니다. 공정 원리상 ACA/ACF에서는 열과함께 동시에 압력의 인가가 필수적이며, 인가압력의 크기에 따라서 전도성입자와 전극과의 접속밀도가 변화하므로, ACA에의한 전기적 접속에는 가급적 높은 실장압력이 바람직하며 이는 완전한 접속면 형성과 접촉저항을 최소로 유지하기 위해서입니다.
접속부 내에서의 접촉저항을 최소화시킬수 있는 방법중 열이나 압력과 같은 공정변수를 조절하는 방법 외에 접착제 조성물에 변화를 주어 물성을 변화시킬수도 있습니다. Dithiol, dicyanide, diisocyanate, dicarboxylate등과같은 이관능성 유기화합물은 자가조립 단층막(self-assembly monolayer)을 구성하는 경향을 가지고 있으며, 금속표면에 물리화학적으로 자가조립 유기단층막을 결합시킨경우 단층막에 의하여 금속입자표면의 일함수가 감소되는 연구결과가 발표된바 있습니다. 금속표면의 일함수 감소는 표면을 통과하는 전자의 흐름이 훨씬 원활해지게 되었음을 의미하므로, 결국 접속부에서의 접속저항이 낮아지는 결과를 얻을수 있습니다.
전도성입자표면에 형성되는 유기단층막에의해 전자의 흐름이 촉진될수 있지만 이경우 반드시 고려해야할점은 유기성분과 금속성분 사이의 친화력이 일반적으로는 보장되지 않기 때문에 전도성 입자의 표면특성에 따라 단층막의 유기물을 선정해야 하며, 또한 경화온도를 고려한 유기물 선정이 함께 이루어져야 한다는 점입니다. 마이크로미터 크기의 금입자가 전도성입자이며 접착조성물에 dithiol이 첨가되었을때 저온경화형 ACA인 경우에는 접속저항의 현격한 저하와 최고허용 전류량의 큰상승과같은 전기적 물성의 큰증가가 얻어졌습니다. 그러나 고온경화형 ACA인 경우에는 전기적 물성의 변화가 두드러지게 나타나지 않았으며 이는 dithiol 유기단층막이 높은 경화온도조건에서 일부 파괴가 되어 전기적 물성향상을 이끌어낼수 없었기 때문입니다. 그러나 금입자 대신에 은나노입자를 전도성 입자로 사용하고 접착제 조성물에 dicarboxylic acid나 dithiol을 첨가한 경우에는 저온뿐 아니라 150℃ 정도의 고온경화형 ACA에 대해서도 현격한 전기적 물성의 증가가 얻어졌으며, 이로부터 전도성입자의 종류에따라 그리고 온도등의 공정조건에 따라서 표면에 작용할수 있는 유기단층막에 제한이 있음을 알수있습니다.
ACA/ACF 접속시 접합부에서의 접촉저항이 통상적으로 높은이유는 일반솔더처럼 금속성분의 용융접착이 아니라 도전입자의 기계적 접촉에 의하여 통전이 이루어지기 때문입니다. ACA/ACF의 높은 접촉저항을 낮추기 위하여 일련의 방법중 솔더입자의 용융접착과 같이 금속입자의 용융을 응용하면 접착면의 증대로 저항을 저감시킬수 있습니다. 그러나 일반적으로 금속입자의 용융점은 매우높아서 은입자의 경우에 960℃에 달하며 이러한 온도조건을 제공하는것이 쉽지도 않지만 접착제성분중 고분자등의 유기물은 내열성이 취약하여 용융공정의 적용이 사실상 불가능합니다. 최근의 연구에서 금속입자의 크기가 작아질수록 소결온도는 낮아지게 되며, 나노입자 정도가되면 접착제의 경화온도 범위에서도 도전입자의 소결반응이 일어날수 있음이 알려졌습니다. 입자크기감소에 따라서 소결온도의 급격한 감소현상을 ACA/ACF 접속기술에 적용하면 유기성분의 경화반응중 도전입자의 소결반응으로 입자사이의 계면이 크게 감소되어 접촉저항이 작아질수 있음을 예상할수 있습니다. 결국 전도성 나노입자에의한 저온소결반응으로 접촉면에서의 저항문제를 해결할수 있습니다. 한편 특정재료의 소결반응은 소결온도의 온도 및 반응시간에 직접적인 영향을 받습니다. 즉, 온도가 높아질수록 그리고 반응시간이 길어질수록 소결반응은 광범위하게 그리고 치밀하게 진행되며, 이러한 경향을 ACA/ACF 접속에 적용하면 경화반응을 고분자 조성물이 견딜수 있는 범위내에서 보다높은온도 그리고 오랫동안 진행시킨경우 전도성 금속입자의 소결체가 잘 형성되어 접촉저항이 낮아지는 결과를 얻을수 있습니다.

 

 

 

 

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LCD 패널을 만들기 위해서는 액정 주입 후 액정이 새어나오지 않게 하기 위해 실링(sealing)을 하여야 합니다. 액정을 패널에 채우는 방식이 LCD가 대형화 되면서 액정 주입 방식에서 액정 적하 공법으로 바뀌었습니다. 실링제의 경화 방식에 따라 열경화 수지와 UV 경화 수지로 나눌 수 있습니다. 열경화 수지는 주로 에폭시 수지를 이용합니다. 액정 적하 공법에서 주로 쓰이는 UV 경화 수지는 경화시간이 빠를 뿐만 아니라 열에의해 유리기판이 팽창하는 것을 배제할 수 있으므로 접착의 정밀도를 높일 수 있습니다. 하지만 배선의 단차로 인해 그늘진곳의 미경화의 문제점도 있습니다. 이는 후열처리로 내부 경화를 통해 해결될 수 있는 여지가 있습니다. UV 경화형 실링제는 완전 경화 전에 액정과 접촉하고, 액정이 흐르지 않게 댐 역할을 해야 하므로 요구되는 조건은 액정과의 작용이 없어야 하고, 점도가 높아야 합니다. 수 십만 mPa・s로 높은 점도가 요구되는 것은 상하판 합착시 셀(cell) 내외부에 압력차 때문입니다. 액정과의 상용성을 낮추기 위해서는 액정에 녹을 수 있는 낮은 분자량의 물질 사용을 피하고, 경화 속도를 빠르게 합니다. 경화 반응 중 실링제의 구성물 중 하나인 미반응된 광개시제가 용출되거나 UV 조사에 의해 분해되는 액정의 부산물 등이 outgas를 형성하여 신뢰성을 저하시키기도 하는 문제점이 발생하기도 합니다. 이런 문제점을 해결하기 위해서는 실링제를 조성할 때에는 미반응된 모노머나 광개시제가 없도록 해야 하며 동시에 사용자는 이에 적용되는 액정의 종류를 고려해야 합니다.

 

 

 

 

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경화가 아무리 잘 되었다고 해도 모재(Substrate)와 사이에 접착력이 잘 나오지 않으면 정상적으로 운전할 수 없습니다. 접착력 불량의 원인은 몇가지로 나눌수 있습니다.


가. 모재의 표면 에너지 :
PET, 아크릴, PC, Polyimde, SUS철판, 동판, Ni도금판, 알루미늄판 등 여러가지 재료는 표면이 순수한 상태에서 자기 고유의 표면 에너지를 가지고 있습니다.
소재의 표면 에너지는 압출이나 연신 조건, 온도, 표면처리 조건, 이형제의 종류와 량, 보관 상태, 오염된 정도에 따라 표면 에너지가 달라집니다. 즉 동일한 재질의 재료라고 해도 실제 표면 에너지는 전부 다릅니다.
대체적으로 접착력 불량의 원인은 코팅 혹은 인쇄하기 전의 표면의 표면 에너지가 낮기 때문이므로 표면 에너지를 증가시켜 주어야 합니다.


나. 수지의 표면 장력 :
일반적으로는 코팅하려고 하는 수지의 표면 장력이 모재(필름)의 표면 장력보다 높습니다. 따라서 접착력이 좋게 하려면 코팅할 수지의 표면 장력을 낮게해 주어야 하는데 이 부분은 수지 사용자가 할 수 있는 범위가 아니라 수지 메이커에서 할 일입니다. 즉 수지의 조성을 바꾸어야 됩니다. 상기표는 여러가지 용제의 표면 에너지 값입니다. UV 경화형 도료가 아닌 열경화형 도료나 수지는 MEK, 벤젠, 톨루엔 등 신나(Thinner)를 많이 사용하며, 이런 신나 계열들은 표면 에너지가 낮으므로 대부분의 소재에 잘 접착됩니다.


다. UV강도와 UV에너지 량 :
UV강도가 낮거나 총 조사되는 에너지 량이 필요량보다 낮은 경우가 대부분이며, 수지의 계열에 따라 UV강도와 에너지 량이 많아서 과 경화(Over cure)가 되고, 과경화로 인해 경화된 수지의 연신율 저하로 인해 접착력이 불량해 지는 경우도 있습니다.


라. 표면 오염 :
소재 표면이 오염되면 경화가 아무리 잘되어도 떨어지는 것은 당연합니다.
소재 표면이 먼지, 기름기, 기타 물질로 오염되었다면 소재 표면에 다른 제 3의 층의 막이 형성되었다고 보면 됩니다. 만일 밀가루나 기름을 필름에 아주 얇게 발라놓고 그 위에 코팅한다면 코팅의 접착력이 잘 나올지 안나올지를 생각해 보면 소재 표면의 이물질이 접착력에 미치는 영향을 쉽게 이해할 수 있을 것입니다.


마. 코팅 두께 :
모든 물질은 고유의 팽창율을 가지고 있습니다. 코팅한다는 의미는 팽창 계수가 서로 다른 2가지 소재를 화학 결합이 아닌 물리적 접착을 시킨다는 의미인데, 2가지 소재를 물리적으로 접착 시켜 두었을 때 2 계면의 에너지가 다르고, 소재 자체의 팽창 계수가 서로 다르므로 온도 변화시 접착면이 떨어지는 것입니다.
코팅 두께가 두꺼워졌을 때 접착력이 나빠 지는 것은 코팅 두께가 얇은 경우는 팽창 혹은 수축되는 힘이 xy 방향으로만 미치고, z 방향으로는 미미하게 미치지만, 두께가 두꺼워지면 팽창하는 힘, 즉 팽창 되는 힘이 x, y, z 방향으로 모두 미치기 때문입니다.
이상은 접착력이 나빠 지는 주요한 원인만 기술한 것이고, 이 외에도 수지의 색상, 소재의 보관조건 변경 등 일반인이 보아서는 아무런 조건 변경이 없는데도 접착력이 나빠 지는 불량이 나는 경우도 있을 정도로 접착력 변경의 팩터가 많으므로 해결하기 어려운 경우는 수지 메이커나 경화기 메이커 일방의 의견만 들을게 아니라 전문가와 상담하는게 좋습니다.


바. 경화중에 받는 열이력 :
UV 경화 중에 모재와 경화할 수지가 열을 받는 량에 따라 코팅 표면의 고 휘발성 올리고머 농도가 낮아지는 것은 물론 경화할 올리고머가 받는 열에 따라 경화후 수지의 표면 에너지가 달라지므로 경화된 수지의 접착력이 좋아지거나 나빠집니다.

 

 

 

 

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