KR100839173B1 - 탄소나노튜브를 함유한 변성 폴리페닐렌 옥사이드 수지조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 탄소나노 튜브(CNT)를 함유한 전도성 변성 폴리페닐렌 옥사이드(MPPO) 수지 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 (a) 폴리페닐렌옥사이드 20~60 중량%, (b) 유리섬유 10~30 중량%, (c) 미네랄 필러 10~20 중량%, (d) 탄소나노튜브 0.5~5 중량% 및 (e) 하이 임펙트 폴리스티렌 10~30 중량%를 함유함으로써 우수한 내열성, 치수안정성 및 전기 전도성을 갖는 MPPO 수지 조성물에 관한 것이다.

이러한 본 발명의 MPPO 수지 조성물은 탄소나노튜브를 사용하면서도 10² 내지 10⁹, 특히 10⁴ 내지 10⁹ Ω의 바람직한 일정 영역대의 표면 저항을 나타내고 내열성, 치수안정성 및 강성이 개선된다. 종래의 카본 화이버 등을 사용할 때보다 표면 상태, 휨 특성 등을 비롯한 여러 물성이 우수하면서 제조원가를 낮춘 트레이 제품을 만들 수 있어서 전기 및 전자 분야, 특히 반도체 패키지 분야에 유용하게 사용될 수 있다.

폴리페닐렌옥사이드, 탄소나노튜브, 반도체, 트레이

Description

탄소나노튜브를 함유한 변성 폴리페닐렌 옥사이드 수지 조성물{MODIFIED POLYPHENYLENE OXIDE RESIN COMPOSITION COMPRISING CARBON NANO TUBE}

본 발명은 탄소나노튜브(CNT)를 함유한 전도성 변성 폴리페닐렌 옥사이드(MPPO) 수지 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 (a) 폴리페닐렌옥사이드 20~60 중량%, (b) 유리섬유 10~30 중량%, (c) 미네랄 필러 10~20 중량%, (d) 탄소나노튜브 0.5~5 중량% 및 (e) 하이 임펙트 폴리스티렌 10~30 중량%를 함유함으로써 우수한 내열성, 치수안정성 및 전기 전도성을 갖는 MPPO 수지 조성물에 관한 것이다.

종래의 반도체 칩 트레이(IC Tray)는 주로 아크릴로부타디엔-스타이렌-코폴리머(ABS), 폴리페닐렌옥사이드(PPO) 또는 폴리페닐렌에테르(PPE)와, 폴리설폰(PSF) 또는 폴리에테르설폰(PES) 수지에 카본 화이버(Carbon fiber) 또는 전도성 카본 블랙(Carbon black)과 필요시 기타 무기 충진재(유리섬유, 탈크, 운모, 고령토, 월라스토나이트 등)를 혼합한 혼합수지로 제조되어 왔다.

특히 카본 블랙 또는 카본 화이버는 반도체 칩 트레이에 전도성을 부여하여 반도체 칩 트레이의 정전기를 방지하기 위하여 필수적으로 포함되었다. 이러한 전도성 카본 블랙 또는 카본 화이버를 첨가하지 않으면 반도체 칩 트레이에 발생된 정전기가 반도체 칩 트레이 위에 있는 반도체들의 골드와이어를 단락시키는 등의 문제가 발생되어 반도체의 제조에 어려움이 있었기 때문이다.

그러나 카본 화이버나 전도성 카본 블랙은 고가의 원료로서 반도체 트레이의 제조비용에 있어서 큰 비중을 차지한다. 또한, 가장 많이 사용되는 원료인 카본 화이버는 전 세계적으로 공급이 부족한 상태에 직면해 있다. 카본 화이버는 전 세계 사용량의 70 내지 80%를 일본에서 생산하고 있으나 대부분의 물량이 항공기 제작(에어버스, 보잉사)에 사용되어 전도성 트레이의 제조에 사용되는 물량은 그 공급이 불안정한 상황이다. 더욱이, 반도체 집약화 기술이 발전함에 따라, 패키지 부분의 오염이 빈번해지는 문제가 자주 발생하여 카본 화이버 사용이 점점 어려워지는 추세에 있다. 또한, 반도체 및 전기, 전자 부품의 정전기 방전(ELECTRO STATIC DISCHARGE, ESD) 영역이 전도성 영역(표면저항:10³~10⁵Ω)에서 반-전도성 영역(표면저항:10⁵~10⁹Ω)으로 전환됨에 따라 기존 소재인 카본 화이버로는 도전성을 부여할 수 없는 영역의 제품들이 많이 쏟아지고 있다.

따라서, 최근 전기, 전자 및 반도체 업계의 패키지 분야에서는 반-전도성 또는 정전기 방전성을 부여할 수 있는 소재 및 원료를 개발하기 위한 많은 노력이 이루어지고 있다. 특히, 본 발명자는 종래에는 본 발명이 속하는 분야에서 사용되지 않았던 탄소 나노튜브를 소재로 하는 시도를 해 왔다.

탄소 나노튜브(Carbon Nano Tube; CNT)는 하나의 탄소 원자에 이웃하는 세 개의 탄소 원자가 sp² 형태로 결합되어 있으며, 이러한 탄소 원자 간의 결합에 의해서 육각환형이 이루어지고 이러한 육각환형이 벌집 형태로 반복된 평면이 말려 원통형 또는 튜브 형태를 가지는 거대분자이다. 그 직경이 수 Å 내지 수십 ㎚이며, 그 길이는 수십 배 내지 수천 배 이상으로 긴 특성을 나타낸다고 알려져 있다. 이러한 탄소나노튜브는 나노 크기의 흑연면이 실린더 구조로 둥글게 말린 형태를 보이고, 크기나 형태에 따라 독특한 물리적 성질을 가지며, 강도가 5TPa에 이를 정도로 금속 이상의 높은 강도를 가지고 있고, 그 구조와 직경에서의 차이에 따라 절연체로부터 반도체, 금속성까지의 특성을 나타낼 수 있다.

탄소나노튜브는 이처럼 역학적 견고성과 화학적 안정성이 뛰어나고, 반도체와 도체의 성질을 모두 나타낼 수 있으며, 직경이 작고 길이가 길며 속이 비어있다는 특성 때문에, 평판표시소자, 트랜지스터, 에너지 저장체 등의 소재로서 뛰어난 성질을 보일 수 있을 것으로 기대되고 있으며 나노 크기의 각종 전자소자로서의 활용 가능성이 매우 크다.

이에 본 발명자는 종래의 카본 화이버가 함유된 MPPO 수지 조성물의 문제점인, 패키지 부분의 오염, 반도체 표면 저항의 부적합, 사출 게이트 부위의 무저항 및 수급 불안정 문제 등을 해결하기 위하여 카본 화이버의 대체 소재에 대해 꾸준 히 연구한 결과, 탄소나노튜브를 이용하여 반도체 칩 트레이를 제조하면 종래보다 우수한 표면 저항을 나타내고, 개선된 내열성, 치수안정성 및 강성을 나타내면서 휨 특성 및 표면 외관 특성이 우수하게 됨을 확인함으로써 본 발명을 완성하였다.

따라서 본 발명은 탄소나노튜브를 함유하여 적합한 표면저항, 우수한 내열성, 치수안정성 및 강성을 나타내는 반도체 칩 트레이용 변성 폴리페닐렌옥사이드 수지 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 변성 폴리페닐렌 옥사이드 수지 조성물로 성형된 반도체 칩 트레이를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 (a) 폴리페닐렌옥사이드 20~60 중량%, (b) 유리섬유 10~30 중량%, (c) 미네랄 필러 10~20 중량%, (d) 탄소나노튜브 0.5~5 중량% 및 (e) 하이 임펙트 폴리스티렌 10~30 중량%를 함유하는 변성 폴리페닐렌 옥사이드(MPPO) 수지 조성물을 그 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 (a) 폴리페닐렌옥사이드 20~60 중량%, (b) 유리섬유 10~30 중량%, (c) 미네랄 필러 10~20 중량%, (d) 탄소나노튜브 0.5~5 중량% 및 (e) 하이 임펙트 폴리스티렌 10~30 중량%를 함유함으로써 우수한 내열성, 치수안정성 및 전기 전도성을 갖는 MPPO 수지 조성물에 관한 것이다.

본 발명의 변성 폴리페닐렌 옥사이드 수지 조성물은 상기 (a) 내지 (e)의 필 수 성분이외에 본 발명의 목적을 해치지 않는 범위 내에서 당 분야에서 널리 사용되는 첨가제들을 추가로 포함할 수 있다. 첨가제의 함량은 본 발명의 목적을 해치지 않는 한 특별히 제한되지는 않으나, 통상적으로 0.01~10 중량%가 포함된다.

상기 변성 폴리페닐렌 옥사이드 수지 조성물은 전도성 또는 반-전도성을 요하는 제품에 널리 사용될 수 있으나, 특히 반도체 칩 트레이 제조에 바람직하게 사용될 수 있다.

본 발명의 변성 폴리페닐렌 옥사이드 수지 조성물은 내열성, 치수안정성 및 기계적 강성이 우수하고, 제품의 외관이 우수하며, 특히 탄소나노튜브를 함유함으로써 반도체 칩 트레이용으로 적합한 표면저항을 나타냄으로 반도체 칩 트레이 제조를 위해 유용하게 사용될 수 있다.

(a) 폴리페닐렌 옥사이드(PPO)

본 발명의 MPPO 조성물은 폴리페닐렌 옥사이드 수지를 포함한다. 폴리페닐렌 옥사이드 수지는 본 발명이 속하는 분야에서 통상적으로 사용되는 것을 사용할 수 있으나, 수지의 고유 점도가 0.3 ~ 0.5 dl/g 인 것이 바람직하며, 고유 점도가 0.4 dl/g 정도인 것이 보다 바람직하다. 수지의 고유 점도가 0.3 미만인 경우에는 제품의 충격강도가 저하될 수 있으며 반대로 상기 점도가 0.5를 초과하는 경우에는 유동성 불량으로 후술하는 유리 섬유가 표면으로 표출되거나 성형성이 저하되는 문제가 발생될 수 있다. 상기 PPO 수지는 당 업계에 널리 알려진 방법으로 합성하여 사용할 수 있고, 또는 시판중인 것을 선택하여 사용할 수 있다.

상기 PPO 수지는 본 발명의 조성물에서 20 ~ 60 중량%로 함유하는 것이 바람직하다. 만약 PPO 수지의 함량이 20 중량% 미만이면 표면 외관이 나빠지고 휨 특성도 열세해지며, 내열성이 저하되는 문제가 발생될 수 있고, PPO 수지 함량이 60 중량%를 초과하면 치수안정성 및 강성이 저하되는 단점이 있고, 흐름이 나쁘므로 바람직하지 않다.

(b) 유리섬유

본 발명의 MPPO 수지 조성물은 유리섬유를 함유한다. 유리섬유는 특정 종류의 것으로 한정되지 아니하고 통상적으로 사용되는 각종 유리섬유를 사용할 수 있다. 다만, 아미노실란으로 코팅된 유리섬유 또는 비닐 실란으로 코팅된 유리섬유를 사용하는 것이 바람직하고, 아미노 실란으로 코팅된 유리섬유를 사용하는 것이 보다 바람직하다.

예를 들어, 유리섬유의 직경은 20㎛ 이하, 길이가 1인치 이하인 침상, 단평상, 구상의 유리 섬유일 수 있으며, 상기 범위에 속하는 유리섬유들은 1종 또는 2종 이상이 복합적으로 사용될 수 있다.

유리섬유는 반도체 트레이의 내열 온도를 높이고 치수안정성을 부여하는 역할을 할 수 있으며 이를 위하여 특히 직경 3㎛ 내지 10㎛의 것을 사용할 수 있다.

또한, 유리섬유는 MPPO 수지 조성물의 기계적 강성을 증가시키는 역할을 하는 것으로, 본 발명의 조성물에 10~30 중량%를 함유되는 것이 바람직하다. 유리섬유를 10 중량% 미만으로 포함할 경우 만족할만한 강성이 발휘되지 않아 반도체 칩 트레이의 제작시 부적합할 수 있으며, 30 중량%를 초과하여 포함할 경우 수지의 표면이 거칠어져서 제품의 외관이 불량해질 수 있는 문제가 있다.

(c) 미네랄 필러

본 발명의 MPPO 수지 조성물은 미네랄 필러를 또한 함유하는데, 이는 제품의 휨 특성을 방지하는 역할을 한다. 미네랄 필러로는 예를 들어 실리카(SiO₂), 산화마그네슘(MgO), 탈크, 칼슘카보네이트, 석면, 고령토 등이 사용될 수 있고, 다른 무기물들도 필요에 따라 사용 가능하며 특정 종류의 것으로 한정되지 않는다.

다만, 본 발명에서는 미네랄 필러로 실리카 60~75 중량%와 산화마그네슘 25~40 중량%로 혼합된 미네랄 필러를 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 트레이의 제조에 있어서는 미네랄 필러의 평균 입경이 4 ~ 6 μm 인 것이 바람직하다.

상기 미네랄 필러는 본 발명의 조성물에서 10~20 중량%를 함유되는 것이 바람직하다. 만약 미네랄 필러의 함량이 10 중량% 미만이면 제품에 휨 문제가 발생될 수 있고, 20 중량%를 초과하면 제품의 충격강도가 저하되고 외관도 나빠지는 단점이 있고 비중이 증가하므로 바람직하지 않다.

(d) 탄소나노튜브

본 발명의 MPPO 수지 조성물은 탄소나노튜브를 포함하는 것을 중요한 특징으 로 한다. 탄소나노튜브는 조성물에 함유되어 제품의 표면 저항을 부여하여 정전기 방지(ESD) 기능을 나타내는 역할을 한다.

본 발명의 탄소나노튜브로는 단일벽 나노튜브(Single Wall Nano Tube, SWNT)나 다중벽 나노튜브(Multi Wall Nano Tube, MWNT)를 제한 없이 사용할 수 있으나, 다중벽 나노튜브를 사용하는 것이 가격이 상대적으로 많이 저렴하고 분산이 용이한 이유에서 보다 바람직하며, 다중벽 나노튜브의 경우에는 2 ~ 5개의 벽을 갖는 것이 바람직하다.

상기 탄소나노튜브는 평균 직경이 5~30nm일 수 있고, 특히 약 20 nm인 것이 바람직하게 사용된다. 또한, 탄소나노튜브의 평균 길이는 1~20 ㎛일 수 있고, 특히 약 10 ㎛인 것이 표면 저항의 발현에 바람직하다.

상기 탄소나노튜브는 본 발명의 조성물에 0.5~5 중량%로 함유하는 것이 바람직하다. 특히, 본 발명에서는 탄소나노튜브를 상기 범위로 포함함으로써 우수한 표면 저항값에 더불어, 카본 파이버를 사용하면 얻을 수 없었던 게이트 저항값이 표면 저항값과 동일한 수준으로 측정되는 추가적인 장점이 있다. 만약 탄소나노튜브의 함량이 0.5 중량% 미만이면 전도성 부여가 어려워 정전기 방지 역할을 할 수 없는 문제가 발생될 수 있고, 5 중량%를 초과하면 발명의 목적에 부합되는 수준의 표면저항을 얻기 어렵거나 재료 원가가 상승하는 단점이 있어 바람직하지 않다.

또한, 필요한 경우, 본 발명의 탄소 나노 튜브는 적정량의 탄소 섬유와 함께 사용할 수도 있다. 예를 들어, 탄노 나노 튜브가 소량 포함되는 경우 보다 바 람직한 표면저항 값을 위하여 탄소 섬유가 함께 첨가될 수 있으며, 예를 들어, 탄소나노튜브 0.5 내지 1 중량%와 탄소 섬유 1 내지 15 중량%가 함께 사용될 수 있다.

(e) 하이 임펙트 폴리스티렌

본 발명의 MPPO 수지 조성물은 하이 임펙트 폴리스티렌(HIPS)을 포함하는데, 임펙트 폴리스티렌은 예를 들어 고무와 방향족 모노알케닐 단량체 및/또는 알킬 에스테르 단량체를 혼합하고 열중합 하거나 또는 여기에 중합개시제를 사용하여 중합시켜 제조될 수 있다. 상기 고무는 부타디엔형 고무류, 이소프렌형 고무류, 부타디엔과 스티렌의 공중합체류 및 알킬아크릴레이트 고무류 등으로 이루어진 군으로부터 선택되며, 3∼30 중량부, 바람직하게는 5∼15 중량부를 사용하는 것이 바람직하다. 또한 상기 단량체는 방향족 모노알케닐 단량체, 아크릴산 또는 메타크릴산의 알킬에스테르 단량체로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있으며, 상기 군으로부터 선택된 1종 이상의 단량체를 70∼97 중량부, 바람직하게는 85∼95 중량부를 투입하여 제조할 수 있다.

본 발명의 하이 임펙트 폴리스티렌(HIPS) 수지는 중합시 개시제의 존재없이 열중합에 의해 중합될 수 있으며, 또한 중합 개시제의 존재하에 중합될 수 있다. 상기 중합개시제로는 벤조일 퍼옥사이드, t-부틸 하이드로 퍼옥사이드, 아세틸 퍼옥사이드, 큐멘하이드로 퍼옥사이드로 이루어진 과산화물계 개시제 및 아조비스 이소부티로니트릴(AIBN)과 같은 아조계 개시제 중 1종 이상이 선택되어 사용될 수 있 다.

하이 임펙트 폴리스티렌(HIPS) 수지는 괴상중합, 현탁중합, 유화중합 또는 이들의 혼합방법을 사용하여 제조될 수 있으며, 이러한 중합방법들 중 괴상중합방법이 바람직하게 사용될 수 있다.

하이 임펙트 폴리스티렌(HIPS) 수지는 본 발명의 조성물에 함유되어 내충격성을 좋게 하고 반도체 칩 트레이 사출시 사출 유동성을 좋게 하여 제품 표면을 우수하게 하고, 사출 양산성을 높여주는 역할을 한다.

상기 하이 임팩트 폴리스티렌은 본 발명의 조성물에 10~30 중량%로 함유하는 것이 바람직하다. 만약 하이 임팩트 폴리스티렌의 함량이 10 중량% 미만이면 제품외관과 사출 유동성이 열세한 문제가 발생될 수 있고, 30 중량%를 초과하면 급격하게 내열성이 저하되는 단점이 있어 바람직하지 않다.

본 발명의 변성 폴리페닐렌 옥사이드 수지 조성물은 상기 (a) 내지 (e)의 필수 성분이외에 본 발명의 목적을 해치지 않는 범위 내에서 당 분야에서 널리 사용되는 첨가제들을 추가로 포함할 수 있다. 첨가제로는 당업계에 통상적인 커플링제, 1차 또는 2차 산화방지제, 자외선 안정제, 열안정제, 가공 윤활제 및 대전방지제 등이 포함되고, 또한 필요에 따라서는 안료 (Pigments), 핵제 등이 포함될 수 있다. 첨가제의 함량은 통상적으로 0.01~10 중량%이다.

상기 커플링제는 본 발명에 사용되는 폴리페닐렌옥사이드, 폴리스티렌 또는 미네랄 필러와의 접착 강도를 높이기 위해서 사용되는데, 상기 커플링제로는 아미 노실란계, 아미노티타늄계 등이 사용될 수 있다.

상기 1차 또는 2차 산화방지제 및 열안정제는 본 발명의 폴리페닐렌에테르 또는 폴리페닐렌옥사이드계 수지가 공정 중에 발생할 수 있는 열적 분해를 방지하기 위해서 사용되는데, 상기 1차 산화 방지제로는 통상의 페놀계 화합물 등이 사용될 수 있다. 상기 2차 산화방지제로는 통상의 아민계 화합물 등이 사용될 수 있다.

상기 내열 안정제로는 2,6-디-t-부틸-4-메틸페놀 등의 통상의 페놀계 화합물, 디페닐-p-페닐렌디아민 등의 통상의 아민계 화합물 등이 사용될 수 있다.

상기 자외선안정제는 수지의 내후성 보강 및 수지의 옥외 노출시 자외선으로 인한 분해를 방지하기 위하여 수지 조성물에 첨가되기도 하는데, 상기 자외선 안정제로는 할스 (HALS)계 화합물, 벤조페논계 화합물, 벤조트리아졸계 화합물 등이 사용될 수 있다.

상기 가공 윤활제는 수지 조성물의 가공성을 향상시켜 수지 제조시나 또는 반도체 칩 트레이 사출시 수지의 흐름을 원활하게 하여 수지내의 잔유 응력을 최소화하는데 사용된다. 종류로는 칼슘-스테아레이트 (Ca-Stearate), 징크-스테아레이트(Zn-stearate), 징크옥사이드 (Zn-Oxide), 알리사이클릭포화탄화수소 수지 (Alicyclic saturated hydrocarbon resin) 등이 사용될 수 있다.

상기 대전방지제는 복합수지의 정전기 방지를 억제하여 반도체 칩 트레이의 제조시 또는 운반시 먼지나 이물질이 부착되는 것을 방지하며 통상적으로는 알킬아민계 화합물, 스테아린산계 화합물 등이 사용될 수 있다.

상기와 같은 본 발명의 MPPO 수지 조성물을 제조하기 위해서 유리섬유를 제외한 조성 성분들을 균일하게 혼합한 후, 연속식 이축 압출기에서 용융 압출하고 유리섬유는 사이드 피딩(Side feeding)하여 주입한다. 이때 압출기 배럴의 온도는 MPPO 수지 조성물은 270℃ ~ 310℃가 바람직하다. 용융 압출된 수지 조성물은 펠렛상으로 형상화한다.

상기 제조된 펠렛상 MPPO 수지 조성물은 상기 제조된 수지 조성물은 일정한 수분 및 휘발분 제거 공정을 거치면서 수분 및 휘발분이 제거된 후 사출 또는 압축 시편으로 제조되어 미국 표준 규격 (ASTM) 등에 의하여 수지의 기계적 및 열적 물성이 측정되고 통상의 사출 성형에 의해 반도체 칩 트레이를 제조한 후, 최종 제품의 표면저항, 반도체 칩 트레이 내열성, 굴곡탄성율, 굴곡강도, 인장강도, 충격강도, 표면상태 및 휨 특성 등을 측정한다.

이러한 본 발명의 MPPO 수지 조성물은 표면저항이 10²~10⁹ Ω으로 적합한 일정영역대의 표면저항을 나타내고, 열변형 온도 또한 반도체 베이킹 온도보다 높으므로 내열성을 나타내고, 굴곡 탄성율, 굴곡강도 및 인장강도도 높아 치수안정성을 나타내고, 충격 강도도 높아 기계적 강성을 나타낸다. 또한 표면상태, 휨 특성 등 제품외관도 우수하여 전기, 전자, 반도체 패키지 분야 및 반도체 트레이 제조에 유용하게 사용될 수 있으며, 특히 반도체 베이킹 온도가 130℃ 또는 150℃ 인 반도 체의 트레이 제조에 적합하다.

또한, 본 발명의 MPPO 수지 조성물은 값비싼 카본 화이버 대신 탄소나노튜브를 사용함으로써 전기, 전자, 반도체 패키지 분야 및 반도체 트레이 제조의 제조원가를 낮추어 경제적이므로 산업적으로 유용하다.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐, 실시예에 의해 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다.

실시예 1 내지 20: 변성 폴리페닐렌 옥사이드(MPPO) 수지 조성물의 제조

본 발명의 탄소나노튜브를 함유한 MPPO 수지 조성물을 하기 표 1 및 2에 나타낸 조성 및 함량으로 제조하였다.

표 1의 조성물은 반도체 베이킹 온도가 150℃ 인 반도체 트레이용이고, 표 2의 조성물은 반도체 베이킹 온도가 130℃ 인 반도체 트레이용이다.

조성물에서 PPO 수지는 점도가 0.4 dl/g인 제품(아사히제)을 사용하였으며, 탄소나노튜브는 한국의 카본나노텍사 제품(평균직경 20nm, 평균 길이 10㎛, 순도 90 UT% 이상, ASPECT RATIO 500 이상)을 사용하였다.

유리섬유는 한국 오엔스코닌사에서 제조한 CS03-165A를 사용하였고, 미네랄 필러로는 그 성분 조성이 실리카 60~75 중량% 및 산화마그네슘 25~40 중량%의 혼합물로 구성되고 입경이 4~6 μm인 것(KC-1250, KOCH사)을 사용하였다.

산화 방지제로는 타이완 시바사(TWIWAN CIBA)에서 제조한 IRGAPOX 1010을, 커플링제로는 에틸렌글리콜을 사용하였다.

하기 표 1 및 2의 조성 및 함량으로 혼합한 후, LD=46 구경 45파이의 이축 압출기로 압출 온도는 270~310℃, RPM은 280에서 용용 압출하고 유리섬유는 사이드 피딩하여 주입하고 컴파운딩을 통해 펠렛 형상 수지를 제조하였다.

제조한 펠렛 형상의 수지는 100℃에서 4시간 건조 후, 사출 성형기를 이용하여 사출온도를 275~295℃, 금형온도를 70℃로 하여 ASTM 표준 시편을 제조하였다.

비교예 1 내지 5

상기 실시예와 같은 방법으로 시편을 제조하되, 성분 및 함량은 하기 표 3에 따라 제조하여 비교예 1-5 조성물을 제조하였다.

시험예: 실시예 및 비교예의 물성 및 저항 시험

상기 표 1 내지 3에 나타난 바와 같은 조성 및 함량으로 제조된 MPPO 수지 조성물을 사출 성형한 후 25℃ 항온 항습실에서 24시간 이상 방치 후 사출 시편에 대해 아래와 동일한 방법에 의해 각각 물성을 측정하였다.

(1) 표면 저항(SURFACE RESISTIVITY)

금속 버스 바(METAL BUS BAR)가 연결된 전기저항계(OHM METER)를 이용하여 단위면적당 표면저항을 측정하였다.

(2) 열변형온도(HEAT DISTORTION TEMPERATURE)

ASTM D648에 따라 샘플에 18.6 kgf/cm²의 하중을 주며 주변 유체온도를 2℃/min의 속도로 향상시켰을 때 시험편의 변형이 0.254 mm에 달한 때의 온도를 측정하였다.

(3) 굴곡 탄성율(FLEXURAL MODULUS) 및 굴곡강도(FLEXURAL STRENGTH)

ASTM D790에 따라 크로스 헤드 스피드(CROSS HEAD SPEED)를 5 mm/min의 시험 속도로 측정하였다.

(4) 인장강도(TENSIL STRENGTH)

ASTM D638에 준하여 온도 23 ± 2℃, 상대습도 50%, 대기압의 조건에서 5 mm/min 의 인장 속도로 측정하였다. 신율은 파단점에서의 값을 기록하며, 최소 5회 이상 측정하여 평균값으로 나타내었다.

(5) 충격강도(IMPACT STRENGTH)

ASTM D256에 준하여 시편이 파단 될 때의 에너지를 단위 두께로 나눈 것이 충격강도에 해당한다. 본 발명에서는 1/8 인치 두께를 갖는 시편을 이용하여 측정하였다. 최소 5회 이상 측정하여 평균값을 나타내었으며, 상온에서 아이조드노치(IZOD NOTCH) 방법으로 측정하였다.

(6) 비중

ASTM D792에 준하여 5g의 분말이나 펠렛을 이미 측정된 용적에 넣고 23℃에서 무게와 용적차이로 비중을 계산하였다.

(7) 표면 상태

상기 시편의 표면 상태를 육안으로 관찰하고 우수, 양호, 열세의 세 등급으로 평가하였다.

(8) 휨(WARPAGE)

상기 시편의 휨 정도를 육안으로 관찰하고 우수, 보통, 열세의 세 등급으로 평가하였다.

상기의 방법으로 측정한 실시예 1 내지 20 및 비교예 1 내지 5의 시편의 물성 측정결과를 아래 표 4 내지 6에 나타내었다.

상기 결과를 살펴보면, 본 발명의 조성물(실시예 1 내지 20)은 종래의 카본 화이버를 사용한 경우(비교예 4 및 5)에 비해 반도체 트레이에 보다 적합하고 우수한 표면 저항을 나타냄을 알 수 있다. 또한, 본 발명의 조성물은 종래에는 얻을 수 없었던 우수한 게이트 저항값을 함께 얻을 수 있다는 점에 중요한 장점이 있다.

상기 표에서 알 수 있는 바와 같이, 카본나노튜브가 전혀 포함되지 않은 경우(비교예 1)와 카본나노튜브의 함량이 전체 조성물의 0.5 중량%에 미치지 못하는 경우(비교예 2 및 3)에는 표면 저항 및 게이트 저항값을 전혀 얻을 수 없었고, 카본 화이버를 사용한 경우(비교예 4 및 5)에는 표면 저항은 본 발명의 조성물과 유사하게 얻을 수 있었으나 게이트 저항값이 전혀 측정되지 않았다. 즉, 본 발명의 조성물은 사출시(완제품 트레이) 게이트 부위에 저항 값이 동일하게 측정되어 반도체용 트레이로 사용하기에 적합함을 알 수 있는 반면, 비교예 1 내지 5는 게이트 부위가 무저항으로 나타나므로 게이트 부분에서 제품의 불량이 발생될 수 있는 문제가 있는 등 반도체 칩 트레이로 사용하는데 부적합함을 알 수 있었다.

또한, 본 발명의 조성물은 비교예들에 비해 우수한 표면 저항값을 나타낼 뿐만 아니라 열에 의한 변형이 적은 특성, 즉 우수한 내열성을 나타내었다. 그리고, 본 발명의 조성물은 치수안정성을 나타내고, 강도도 높으며 우수한 외관을 형성하는 것을 확인할 수 있었다.

상기에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 MPPO 수지 조성물은 탄소나노튜브를 사용하면서도 10²~10⁹ Ω의 적합한 일정 영역대 표면저항을 나타내고 우수한 내열성, 치수안정성 및 강성을 나타낸다. 특히, 우수한 표면 저항값 및 게이트 저항값을 함께 얻을 수 있어서 제품의 불량이 거의 발생하지 않는 장점이 있어 반도체용 트레이 제조에 매우 적합하다.

또한 표면상태, 휨 특성 등 외관이 우수한 제품을 만드는데 사용될 수 있어서 전기, 전자, 반도체 패키지 분야 및 반도체 트레이 제조에 유용하다.

또한, 본 발명의 MPPO 수지 조성물은 값비싼 카본 화이버 대신 탄소나노튜브를 사용함으로써 전기, 전자, 반도체 패키지 분야 및 반도체 트레이 제조의 제조원가를 낮추어 경제적이므로 산업적으로 유용하다.

Claims (10)

1. (a) 폴리페닐렌옥사이드 20~60 중량%, (b) 유리섬유 10~30 중량%, (c) 미네랄 필러 10~20 중량%, (d) 탄소나노튜브 0.5~5 중량% 및 (e) 하이 임펙트 폴리스티렌 10~30 중량%를 함유하는 변성 폴리페닐렌 옥사이드(MPPO) 수지 조성물로서, 상기 유리섬유는 아미노실란으로 코팅된 유리섬유 또는 비닐 실란으로 코팅된 유리섬유인 조성물.
2. 제 1항에 있어서, 상기 폴리페닐렌옥사이드는 점도가 0.3~0.5 dl/g 인 변성 폴리페닐렌 옥사이드 수지 조성물.
3. 삭제
4. 제 1항에 있어서, 상기 유리섬유는 아미노실란으로 코팅된 유리섬유인 변성 폴리페닐렌 옥사이드 수지 조성물.
5. 제 1항에 있어서, 상기 미네랄 필러는 실리카 60~75 중량%, 산화마그네슘 25 ~ 40 중량%로 혼합한 것으로, 평균 입경은 4 ~ 6 μm 인 변성 폴리페닐렌 옥사이드 수지 조성물.
6. 제 1항에 있어서, 상기 탄소나노튜브는 평균 직경이 15~30nm 이고 평균길이는 5~20 ㎛인 변성 폴리페닐렌 옥사이드 수지 조성물.
7. 제6항에 있어서, 상기 탄소나노튜브는 멀티월나노튜브인 변성 폴리페닐렌 옥사이드 수지 조성물.
8. 삭제
9. 제 1항, 제 2항 및 제 4항 내지 제 7항 중 어느 한 항의 변성 폴리페닐렌 옥사이드 수지 조성물로 성형된 것을 특징으로 하는 반도체 칩 트레이.
10. 삭제