KR102319671B1 - 전도성 실리콘 접착제 조성물 및 이를 포함하는 전기 디바이스 - Google Patents

전도성 실리콘 접착제 조성물 및 이를 포함하는 전기 디바이스 Download PDF

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KR102319671B1
KR102319671B1 KR1020210023816A KR20210023816A KR102319671B1 KR 102319671 B1 KR102319671 B1 KR 102319671B1 KR 1020210023816 A KR1020210023816 A KR 1020210023816A KR 20210023816 A KR20210023816 A KR 20210023816A KR 102319671 B1 KR102319671 B1 KR 102319671B1
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conductive silicone
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silicone adhesive
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변상현
김신제
황다울
박경난
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주식회사 위글루
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Abstract

본 발명은 전도성 실리콘 접착제 조성물 및 이를 포함하는 전기 디바이스에 관한 것으로, 본 발명에 따른 전도성 실리콘 조성물은 A) 화학식 1로 표시되는 폴리오르가노실록산; B) 화학식 2로 표시되는 폴리오르가노실록산; C) 화학식 3로 표시되는 폴리오르가노실록산; D) 전도성 필러; E) 촉매; 및 F) 지연제를 포함하며, 우수한 접착력 및 전기 전도성을 가질 수 있다.

Description

전도성 실리콘 접착제 조성물 및 이를 포함하는 전기 디바이스{Conductive silicone adhesive composition and electrical device comprising the same}
본 발명은 전도성 실리콘 접착제 조성물 및 이를 포함하는 전기 디바이스에 관한 것으로, 구체적으로는 우수한 접착 강도 및 전기 전도성을 가지는 전도성 실리콘 접착제 조성물 및 이를 포함하는 전기 디바이스에 관한 것이다.
통상적인 접착제 조성물은 자동차, 전자 제품, 건설, 우주 및 의료 산업과 같은 다양한 산업에서 사용된다. 접착제 조성물은 내열성 또는 내습성이거나 또는 전도성과 같은 다른 기능도 함께 제공하기 위해 사용된다. 따라서 접착제 조성물은 기계적 특성, 열전도 특성, 또는 전기전도 특성과 같은 추가적인 기능을 갖도록 제형화되어 왔다. 전도성 접착제 조성물은, 열경화성 또는 열가소성 재료일 수 있는 점착성(tacky or sticky) 매트릭스 재료, 예를 들어 점착성 탄성중합체 중에 널리 분산된 미립자 전도성 충전제를 포함한다. 점착, 접착, 및 응집 특성에 더하여 매트릭스 재료는 보통 하나 이상의 기계적 특성을 조성물에 제공한다.
하나의 산업에 사용하도록 제형화 된 접착제 조성물은 다른 산업에 사용하기에 적합하지 않을 수 있다. 열은 전도하지만 전류는 전도하지 않는 통상적인 열 전도성 접착제 조성물은 전기를 전도하지 않는 열 전도성 충전제, 예를 들어 미립자 세라믹을 전형적으로 포함한다.
전기 전도성 접착제(Electrically Conductive Adhesive; ECA)는 전기 디바이스의 상호 접속 구성요소를 함께 접합시키고 전기적으로 연결하기 위해 사용된다. 전류의 공급기(source)와 전류의 수신기(receiver) 사이의 전기 통신 상태로 배치될 때, ECA 조성물은 충전제를 통해 공급기로부터 수신기로 전류를 내부적으로 전도할 수 있다. ECA 조성물은 인쇄 회로 기판의 구성요소 또는 광기전 전지 모듈의 구성요소와 같은 전자 구성요소에 접착하고 그로부터 전류를 전도하기 위한 것과 같은 다양한 용도를 갖는다. 또한 ECA 조성물은 전자 구성요소를 포함하는 하우징의 내부 표면에 부착되고 이를 덮어서, 외부 전자기 방사선으로부터 전자 구성요소를 차폐하는 패러데이 케이지(Faraday Cage)를 형성하는 데 또한 사용될 수 있다.
일반적으로 전기 전도성 접착제(ECA)는 점착성 매트릭스 재료 중에 퍼콜레이션 임계치보다 더 큰 농도로 널리 분산된 전기 전도성 충전제의 미분된 입자를 포함한다. 매우 다양한 경화성 결합제 재료 및 다른 성분들이 ECA 조성물의 제조에 사용되어 왔고, 이들은 상이한 화학적 특성, 전기적 특성, 자기적 특성, 제조 특성, 기계적 특성, 광학적 특성, 물리적 특성, 복구가능 특성 및/또는 열적 특성을 갖는다. 예를 들어, 상이한 유형의 금속 입자들 및/또는 결합제 매트릭스 재료를 함유하는 ECA 조성물은 서로 상이한 퍼콜레이션 한계치 및 서로 상이한 체적 저항률을 가질 것이다. 기타 조성물 특성 또한 상이할 것이다.
한국등록특허 제10-1553456호는 히드로실릴화 반응에 의해 수득된 실리콘 엘라스토머의 전구체인 실리콘 조성물의 경화를 억제하기에 적절한 억제제 화합물과 이를 포함하는 실리콘 조성물을 개시하고 있다.
한국등록특허 제10-2132587호는 경화성 실리콘 조성물, 전기 전도성 실리콘 접착제, 이 전기 전도성 실리콘 접착제를 포함하는 전기 디바이스, 및 이 전기 디바이스의 제조방법을 개시하고 있다.
한국등록특허 제10-1553456호 한국등록특허 제10-2132587호
본 발명의 일 목적은 우수한 접착 강도 및 전기 전도성을 가지는 전도성 실리콘 접착제 조성물 및 이를 포함하는 전기 디바이스를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시형태는 A) 하기 화학식 1로 표시되는 폴리오르가노실록산, B) 하기 화학식 2로 표시되는 폴리오르가노실록산, C) 하기 화학식 3로 표시되는 폴리오르가노실록산, D) 전도성 필러, E) 촉매, 및 F) 지연제를 포함하는 전도성 실리콘 접착제 조성물을 제공한다.
[화학식 1]
Figure 112021021503974-pat00001
[화학식 2]
Figure 112021021503974-pat00002
[화학식 3]
Figure 112021021503974-pat00003
상기 식에서,
R1 및 R2는 각각 독립적으로 C1~C6의 알킬, 또는 C2~C6의 알케닐이고,
R3은 각각 독립적으로 C1~C6의 알킬이고,
R4 및 R5는 각각 독립적으로 수소 또는 C1~C6의 알킬이며, 단, R4 및 R5 중 적어도 하나는 수소이고,
R6는 각각 독립적으로 수소 또는 C1~C6의 알킬이며, 단, R6 중 적어도 하나는 수소이고,
R7은 각각 독립적으로 C1~C6의 알킬이고,
n은 156 내지 366의 정수이고, m 및 p는 각각 독립적으로 0 또는 1 내지 10의 정수이며(단, m 및 p가 모 두 0인 경우는 제외), q는 6 내지 336의 정수이다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면 상기 화학식 1로 표시되는 폴리오르가노실록산은 하기 화학식 1-1 또는 1-3으로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다.
[화학식 1-1]
Figure 112021021503974-pat00004
[화학식 1-3]
Figure 112021021503974-pat00005
상기 화학식 1-1에서,
R1은 C1~C6의 알킬이고, n1은 0 또는 1 내지 356의 정수이며, n2는 1 내지 366의 정수이고,
상기 화학식 1-3에서,
R1 및 R2는 C1~C6의 알킬이고,
n은 1 내지 366의 정수이다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면 상기 화학식 2로 표시되는 폴리오르가노실록산은 하기 화학식 2-1로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다.
[화학식 2-1]
Figure 112021021503974-pat00006
본 발명의 일 실시형태에 따르면 상기 화학식 3으로 표시되는 폴리오르가노실록산은 하기 화학식 3-1로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다.
[화학식 3-1]
Figure 112021021503974-pat00007
본 발명의 일 실시형태에 따르면 상기 화학식 2 및 화학식 3으로 표시되는 화합물 100 중량부에 대하여, 전도성 필러는 400 내지 600 중량부, 촉매는 5 내지 1000ppm, 지연제는 30 내지 80 중량부를 포함하고, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물과 화학식 2 및 화학식 3으로 표시되는 화합물의 몰(mole)비는 1:2 내지 8일 수 있다.
본 발명의 다른 실시형태는 상기 본 발명의 일 실시형태에 따른 전도성 실리콘 접착제 조성물을 포함하는 접착제; 및 상기 접착제에 부착되는 전기 부품;를 포함하는 전기 디바이스를 제공한다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 전도성 실리콘 접착제 조성물은 우수한 접착 강도 및 전기 전도성을 가질 수 있다. 이에 따라 전기 전도도가 안정적으로 형성되어 저항 변화율이 낮은 특성을 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 전도성 실리콘 접착제 조성물은 폴리오르가노실록산의 종류 및 함량을 조절하여 수정편과 열 팽창 계수의 차이가 작으며, 접합력이 우수하여 저항 변화율을 낮출 수 있다. 또한 우수한 전기 전도도를 가져 수정 디바이스의 안정성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 전도성 실리콘 접착제 조성물은 우수한 접착 강도 및 전기 전도성을 가져 다양한 전기 디바이스에 사용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 전기 디바이스를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 전기 디바이스를 개략적으로 나타내는 상부 평면도이다.
도 3는 본 발명의 일 실시형태에 따른 전도성 실리콘 접착제의 접착 강도를 나타내는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시형태에 따른 전도성 실리콘 접착제의 전기 전도도를 나타내는 그래프이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 구현예 및 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 구현예 및 실시예에 한정되지 않는다.
본 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 ‘상에’위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우 뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
본 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 ‘포함’한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 본 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 ‘약’, ‘실질적으로’ 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본 발명의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다. 본 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 ‘~(하는) 단계’ 또는 ‘~의 단계’는 ‘~ 를 위한 단계’를 의미하지 않는다.
본 발명은 전도성 실리콘 접착제 조성물 및 상기 전도성 실리콘 접착제 조성물을 포함하는 전자 디바이스에 관한 것이다.
본 발명에 따른 전도성 실리콘 접착제 조성물은 A) 화학식 1로 표시되는 폴리오르가노실록산; B) 화학식 2로 표시되는 폴리오르가노실록산; C) 화학식 3로 표시되는 폴리오르가노실록산; D) 전도성 필러; E) 촉매; 및 F) 지연제;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 전도성 실리콘 접착제 조성물은 우수한 접착 강도 및 전기 전도도를 가질 수 있다.
이하, 본 발명의 일 실시형태에 따른 전도성 실리콘 접착제 조성물의 구성성분을 구체적으로 설명한다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 A) 화학식 1로 표시되는 폴리오르가노실록산은 다음과 같다.
[화학식 1]
Figure 112021021503974-pat00008
상기 화학식 1에서,
R1 및 R2는 각각 독립적으로 C1~C6의 알킬, 또는 C2~C6의 알케닐이고,
n은 156 내지 366 의 정수이다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 화합물은 분자량이 6,000 내지 140,000g/mol 일 수 있다. 이에 제한되지 않으나, 예를 들면, 10,000 내지 50,000g/mol 일 수 있다. 상기 분자량을 가지는 경우 경화반응 속도가 상승하여 우수한 접착 강도를 가질 수 있다.
상기 화합물의 점도(25℃에서)는 250 내지 2000cSt일 수 있다. 구체적으로 500 내지 1500cSt일 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 C1~C6의 알킬은 예를 들면, 메틸, 에틸, 프로필, 부틸, 펜틸, 또는 헥실일 수 있다. 또한 C2~C6의 알케닐은 비닐, 알릴, 3-부테닐 또는 5-헥세닐일 수 있다. 또한 하나의 화학식에서 R1 또는 R2는 서로 같거나 다를 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면 상기 화합물은 적어도 1개의 비닐기를 가질 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에 따르면 상기 화합물은 양 말단 또는 측쇄에 비닐기를 가지는 PDMS(Polydimethylsiloxane)일 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 화합물은 하기 화학식 1-1로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다.
[화학식 1-1]
Figure 112021021503974-pat00009
상기 화학식 1-1에서,
R1은 C1~C6의 알킬이고,
n1은 0 또는 1 내지 356의 정수이고, n2는 1 내지 366의 정수이다.
상기 화학식 1-1에서, n1과 n2로 표시되는 반복단위는 연속적으로 또는 서로 교차되어 반복될 수 있다.
상기 화학식 1-1에서, R1은 모두 메틸일 수 있다. 이때 상기 화합물은 하기 화학식 1-2로 표시될 수 있다. 하기 화학식 1-2에서 n1 및 n2는 상기와 같다.
[화학식 1-2]
Figure 112021021503974-pat00010
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 화합물은 하기 화학식 1-3으로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다.
[화학식 1-3]
Figure 112021021503974-pat00011
상기 화학식 1-3에서,
R1 및 R2는 C1~C6의 알킬이고,
n은 1 내지 366의 정수이다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 화학식 1-3에서, R1 및 R2는 모두 메틸일 수 있다. 이때 상기 화합물은 하기 화학식 1-4로 표시될 수 있다.
[화학식 1-4]
Figure 112021021503974-pat00012
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 화학식 1-1로 표시되는 화합물 또는 상기 화학식 1-3로 표시되는 화합물 각 1종을 사용하거나, 2종을 모두 사용할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 B) 화학식 2로 표시되는 폴리오르가노실록산은 다음과 같다.
[화학식 2]
Figure 112021021503974-pat00013
상기 화학식 2에서,
R3은 각각 독립적으로 C1~C6의 알킬이고,
R4 및 R5는 각각 독립적으로 수소 또는 C1~C6의 알킬이며, 단, R4 및 R5 중 적어도 하나는 수소이고,
m 및 p는 각각 독립적으로 0 또는 1 내지 10의 정수이다(단, m 및 p가 모두 0인 경우는 제외).
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 화합물은 분자량이 300 내지 5,000g/mol 일 수 있다. 이에 제한되지 않으나, 예를 들면, 300 내지 2,500g/mol 일 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 C1~C6은 예를 들면, 메틸, 에틸, 프로필, 부틸, 펜틸, 또는 헥실일 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면 상기 화합물은 측쇄에 수소를 가지는 것으로, R4 및 R5 중 적어도 하나는 수소일 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 화합물은 하기 화학식 2-1로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다.
[화학식 2-1]
Figure 112021021503974-pat00014
상기 화학식 2-1에서, m과 p로 표시되는 반복단위는 연속적으로 또는 서로 교차되어 반복될 수 있다.
상기 화학식 2-1에서, R3은 모두 메틸이고, p는 0일 수 있다. 이때 상기 화합물은 하기 화학식 2-2로 표시될 수 있다.
[화학식 2-2]
Figure 112021021503974-pat00015
본 발명의 일 실시형태에 따른 C) 화학식 3으로 표시되는 폴리오르가노실록산을 다음과 같다.
[화학식 3]
Figure 112021021503974-pat00016
상기 화학식 3에서,
R6는 각각 독립적으로 수소 또는 C1~C6의 알킬이며, 단, R6 중 적어도 하나는 수소이고,
R7은 각각 독립적으로 C1~C6의 알킬이고,
q는 6 내지 336의 정수이다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 화합물은 분자량이 500 내지 50,000g/mol 일 수 있다. 이에 제한되지 않으나, 예를 들면, 500 내지 25,000g/mol일 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 C1~C6은 예를 들면, 메틸, 에틸, 프로필, 부틸, 펜틸, 또는 헥실일 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, R6 중 적어도 하나 또는 모두 수소일 수 있다. 상기 R7는 메틸기일 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 화합물은 하기 화학식 3-1로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다.
[화학식 3-1]
Figure 112021021503974-pat00017
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 화학식 2로 표시되는 화합물과 화학식 3으로 표시되는 화합물은 경화제로 사용되는 것이다. 상기 화학식 1로 표시되는 화합물과 화학식 2 및 화학식 3으로 표시되는 화합물의 몰(mole)비는 1:2 이상일 수 있다. 이에 제한되지 않으나, 예를 들면, 1:5 내지 1:8의 몰(mole)비로 사용될 수 있다. 상기 몰비의 비율이 상기 범위 내에 있으면 충분한 접착력을 확보할 수 있다.
상기 화학식 3으로 표시되는 화합물만을 경화제로 사용하는 경우 어느 정도 접착력을 확보할 수 있으나, 전도성이 저하되는 문제가 발생할 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에 따르면 화학식 3으로 표시되는 화합물을 사용하여 접착력을 확보하고 접착제 내부의 모듈러스(modulus)를 낮춰주는 화학식 2로 표시되는 화합물을 함께 사용하여 접착력을 보다 향상시킴과 동시에 전도성이 저하되는 문제를 해결할 수 있다. 상기 화학식 2로 표시되는 화합물과 화학식 3으로 표시되는 화합물은 1:1 내지 3의 중량비로 사용될 수 있다. 이러한 경우 보다 우수한 접착 강도와 전기 전도 특성을 구현할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 D) 전도성 필러는 은, 구리, 은도금 구리, 몰리브덴, 아연, 텅스텐, 니켈, 철, 팔라듐, 백금, 주석, 납, 티타늄, 그래핀(graphine), 카본블랙(carbon black) 등을 사용할 수 있고, 이들을 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다. 이에 제한되지 않으나, 예를 들면, 은을 사용할 수 있다. 은은 비교적 가공이 용이하고, 산화에도 전기 전도도 특성이 우수하여 장시간 전도성 실리콘 접착제의 안정성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면 상기 전도성 필러는 구형, 또는 판형인 것을 사용할 수 있고, 이들을 단독으로 사용하거나 혼합하여 사용할 수 있다. 상기 구형의 경우 직경이 100 내지 8,000nm인 것을 사용할 수 있다. 상기 판형의 경우 장경이 3,000 내지 5,000nm인 것을 사용할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 화학식 2 및 화학식 3으로 표시되는 화합물 100 중량부에 대하여 상기 전도설 필러는 400 내지 600 중량부를 사용할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 E) 촉매는 백금족 금속 원자 화합물을 사용할 수 있다.
백금족 금속으로는 백금, 로듐, 팔라듐이 있으며, 백금족 금속 원자 화합물로는 염화백금산, 염화백금산과 알코올의 반응 생성물, 백금-올레핀 착체, 백금-비닐실록산 착체, 백금-케톤 착체, 백금-포스핀 착체와 같은 백금 화합물, 로듐-포스핀 착체, 로듐-설파이드 착체와 같은 로듐 화합물, 팔라듐-포스핀 착체와 같은 팔라듐 화합물 등이 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면 백금을 포함한 화합물을 사용할 수 있으며, 이에 제한되지 않으나, 예를 들면 Karstedt 또는 Speier 계열의 백금을 사용할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면 화학식 2 및 화학식 3으로 표시되는 화합물 100 중량부에 대하여 상기 촉매는 5 내지 1000ppm를 사용할 수 있다. 구체적으로는 100 내지 500 ppm을 사용할 수 있다. 상기 함량 범위를 가지는 경우 경화 속도를 증가시켜 접착강도 및 전기 전도도가 증가할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 F) 지연제는 푸말레이트(fumarate), 말레이트(maleate) 및 테트라비닐시클로테트라실록산(tetravinylcyclotetrasiloxane) 계열 등을 사용할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면 비점(boiling point)이 150 내지 220℃인 지연제를 사용할 수 있다.
비점(boiling point)이 150 내지 220℃인 지연제를 사용하는 경우 조성물이 상온에서 경화되는 것을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 접착력을 향상시킬 수 있다.
상기 촉매로 Karstedt Pt을 사용하는 경우 비점이 낮은 지연제를 사용하면 상온에서 경화가 진행되어 겔(gel) 상태에서부터 경화가 진행되어 수축율이 낮아지고, 전기 전도도 특성이 저하될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 화학식 2 및 화학식 3으로 표시되는 화합물을 경화제로 사용하는데, 비점(boiling point)이 150 내지 220℃인 지연제를 사용하는 경우 경화를 지연시켜 보다 우수한 전기 전도도를 확보할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면 화학식 2 및 화학식 3으로 표시되는 화합물 100 중량부에 대하여 상기 지연제는 30 내지 80 중량부를 사용할 수 있다. 지연제가 상기 함량보다 적으면 경화 속도가 빨라져 전도 특성이 충분히 향상되지 않을 수 있다. 또한 지연제가 상기 함량보다 많으면 촉매제의 개시 속도가 감소하여 접착 강도가 충분히 향상되지 않을 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 전도성 실리콘 접착제 조성물은 내부 지질 물질로 비전도성 충전제 입자를 추가로 포함할 수 있다. 상기 비전도성 충전제 입자로는 실리카를 사용할 수 있다. 상기 비전도성 충전제 입자는 전도성 실리콘 접착제 조성물이 경화된 접착제의 본드라인(bondline)의 두께 균일성을 유지하는데 도움을 줄 수 있다. 이에 제한되지 않으나, 상기 비전도성 충전제 입자는 평균 비표면적이 100 내지 200 일 수 있다. 또한, 이에 제한되지 않으나, 비전도성 충전제 입자는 화학식 2 및 화학식 3으로 표시되는 화합물 100 중량부에 대하여 0.5 내지 2 중량부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면 전도성 실리콘 접착제 조성물은 밀링(milling), 블렌딩(blending), 페이스트 믹싱(paste mixing), 플레니터리 믹싱(planetary mixing) 등의 방법으로 혼합될 수 있다.
상기 혼합된 전도성 실리콘 접착제 조성물은 100 내지 220℃의 온도에서 경화될 수 있다. 또한, 이에 제한되지 않으나 경화시간은 0.25 내지 1.5 시간일 수 있다.
본 발명의 다른 실시형태는 본 발명의 일 실시형태에 따른 전도성 실리콘 접착제 조성물을 포함하는 접착제; 및 상기 접착제에 부착되는 전기 부품;를 포함하는 전기 디바이스를 제공한다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면 상기 전기 디바이스는 수정 디바이스(quartz crystal device)일 수 있고, 상기 전기 부품은 수정편(crystal blank)일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 수정 디바이스를 개략적으로 나타내는 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 수정 디바이스를 개략적으로 나타내는 상부 평면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 수정 디바이스는 수정편(100), 상기 수정편을 리드선(110A, 120A)에 전기적으로 연결하는 제1 및 제2 전극(110, 120)을 포함할 수 있다. 상기 수정편과 제1 및 제2 전극을 리드선에 접합시키기 위하여 전도성 실리콘 접착제(130)가 도포될 수 있다. 상기 전도성 실리콘 접착제는 본 발명의 일 실시형태에 따른 전도성 실리콘 접착제 조성물을 포함하는 것으로, 구체성분 및 특성은 상술한 바와 같다.
수정 디바이스는 수정편이 갖는 고유 공진주파수를 통해 회로 내 기준 주파수를 발생시켜서 안정적인 기기작동을 가능하게 하는 필수부품으로 IT, 국방, 항공, 의료등 다양한 분야에 활용된다. 수정 디바이스에 요구되는 특성 중 하나인 저항 안정성(e.g. ΔR +20% or 5Ω)은 부품 작동에 매우 중요한 특성이며, 우수한 전기 전도도는 접착제에 요구되는 핵심적 특성이다.
수정 디바이스에 있어서, 수정편(100)과 리드선(110A, 120A)을 연결하는 전도성 접착제의 불안정한 접합은 무발진이나 고온 주파수 점프 현상 등 부품의 고질적인 불량 및 왜곡된 신호 발생을 야기하여 장치에 치명적인 결함을 발생시킬 수 있다. 수정편과 리드선의 불안정한 접합은 일반적으로 전도성 접착제의 열 팽창특성과 피착면과의 열 팽창 계수의 차이로 인해 나타나며, 이러한 저항의 불안정성은 수정 디바이스 구동의 불안정을 야기하게 된다.
따라서 수정 디바이스의 안정적인 구동을 위해서는 디바이스 작동 온도 구간(-30 내지 80℃)에서 전도성 접착제의 저항 변화, 특히 피착면과의 접촉 저항이 우수해야 한다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 전도성 실리콘 접착제 조성물은 폴리오르가노실록산의 종류 및 함량을 조절하여 수정편과의 열 팽창 계수의 차이가 작으며, 접합력이 우수하여 저항의 변화율이 낮아 수정 디바이스의 안정성을 향상시킬 수 있다. 또한 우수한 전기 전도도를 가져 수정 디바이스의 안정성을 향상시킬 수 있다.
이하, 본 발명의 일 실시형태에 따른 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하나, 이러한 실시예가 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니다.
[실시예]
[시료군 1]
실시예 1
말단에 비닐기를 가지는 V-PDMS(terminal) 44 중량부, 측쇄에 수소를 가지는 H-PDMS(pendant) 44 중량부, 말단에 수소를 가지는 H-PDMS(terminal) 56 중량부, 촉매(Pt/vinylsiloxane) 500ppm, 지연제(fumarate, b.p. 200℃이상) 72 중량부, 은 432 중량부를 혼합하여 전도성 실리콘 접착제 조성물을 제조하였다.
비교예 1
상기 실시예 1과 같은 방법으로 제조하되, 성분의 종류 및 함량은 하기 표 1에 기재된 바와 같이 제조하였다.
[시료군 2] 내지 [시료군 5]
상기 시료군 1과 같은 방법으로 제조하되, 성분의 종류 및 함량은 하기 표 1에 기재된 바와 같이 제조하였다. 단, 비교예 4의 경우 지연제로 tetravinylcyclotetrasiloxane(b.p. 120℃ 이하)을 사용하였다.
화학식 1-4 화학식 1-2 화학식 2 화학식 3 촉매 지연제
(중량부)		 Ag
(중량부)
V-PDMS
(terminal)		 V-PDMS
(pendant)		 H-PDMS
(pendant)		 H-PDMS
(terminal)
시료군 1 실시예 1 - 44 44 56 500ppm 72 432
비교예 1 - 49 100 - 400ppm 60 448
시료군 2 실시예 2 - 40 40 60 500ppm 70 420
비교예 2 - 100 100 - 400ppm 80 600
시료군 3 실시예 3 - 54 36 64 300ppm 47 462
비교예 3 - 100 - 100 400ppm 80 600
시료군 4 실시예 4 - 44 44 56 300ppm 44 451
비교예 4 426 - - 100 300ppm 2.88 1579
시료군 5 실시예 5 - 40 40 60 300ppm 32 420
비교예 5 - 20 20 80 300ppm 36 360
[평가]
1) 접착강도
아세톤 용액을 사용하여 유리 기판(약 76×26×1.5mm)표면을 세정하고 수분을 제거한 후 기판 표면 위에 투명 테이프(두께 약 0.05mm) 1±0.1㎝간격으로 평형하게 부착하였다. 평행으로 붙여진 테이프 사이에 접착제 도포, 유리 막대기로 균일하게 도포 후한 후 테이프를 제거하였다. 일정하게 접착제가 도포되었는지 확인(접착제 내부 기포 없는지)하고, 접착제 도포 후 1분 내에 금속 테스트 칩을 접착제 표면에 부착하였다. 열풍순환 오븐(oven)을 사용하여 접착제 경화를 진행하고, 상온에서 방치하여, 자연 냉각하였다. 풀 테스트(Pull test) 게이지 사용하여 테스트 칩에 고정한 후, 수직 방향 5±0.5mm/min 속도로 테스트 칩이 떨어질 때까지 들어올렸다. 5개 샘플을 사용하여 포인트(points) 강도를 측정하고, 평균값으로 계산하였으며, 결과를 하기 표 2에 기재하였다. 도 3은 상기 샘플의 접착 강도를 나타내는 그래프이다.
2) 비저항평균
세정한 유리 기판(약 76×26×1.5mm)표면 위에, 1cm 간격 수평방향으로 투명 테이프 2장을 부착하고(두께0.05mm)(tape사이에 접착제를 도포 후 반드시 tape제거), 권장조건으로 경화를 진행하였다. 건조 후 상온까지 냉각하고, 저항 및 두께를 측정하였다. 저항 값은 저항기를 사용하여 6±0.1㎝ 전극간 거리 유지하며 면 저항(R)을 측정하였다(유효숫자3자리 유지). 표면조도기를 사용하여 전극 중앙 부분의 두께를 측정하였다. 비저항 측정 공식을 이용하여, 전기 전도도를 계산하고, 결과를 하기 표 2에 기재하였다. 도 4는 측정된 전기전도도를 나타내는 그래프이다.
접착강도(gf) 비저항평균[X10-4Ω㎝]
시료군 1 실시예 1 483 7.19
비교예 1 10 10.1
시료군 2 실시예 2 593 5.25
비교예 2 42 7.76
시료군 3 실시예 3 671 8.46
비교예 3 92 26.8
시료군 4 실시예 4 523 4.68
비교예 4 119 6.9
시료군 5 실시예 5 580 6.65
비교예 5 426 10.2
상기 표 1 및 표 2과 도 3 및 도 4를 참조하면, 실시예 1 내지 실시예 5는 각 비교예와 비교하여 접착강도 및 전기 전도도가 우수한 것을 확인할 수 있다. 구체적으로 시료군 1 및 시료군 2를 보면, 화학식 2 및 화학식 3으로 표시되는 화합물을 모두 사용한 실시예 1 내지 2는 화학식 2로 표시되는 화합물만 사용한 비교예 1 및 2와 비교하여 접착 강도가 현저히 향상되었으며 전기 전도특성도 향상된 것을 확인할 수 있다. 또한 시료군 3 및 시료군 4를 보면 화학식 3으로 표시되는 화합물만 사용한 비교예 3 및 4와 비교하여 접착 강도가 현저히 향상되었으며 전기 전도특성도 향상된 것을 확인할 수 있다. 특히 시료군 3을 보면 경화제로 화학식 3으로 표시된 화합물만을 사용하는 경우 전기 전도 특성이 현저히 저하되는 것을 확인할 수 있다. 또한 시료군 4를 보면 전도성 필러의 함량을 증가시키는 것보다 화학식 2 및 화학식 3으로 표시되는 화합물을 같이 사용하는 것이 전기 전도 특성 향상에 효과적인 것을 확인할 수 있었다.
또한 시료군 5를 보면 화학식 2 및 화학식 3으로 표시되는 화합물을 모두 사용한 경우 우수한 접착 강도를 얻을 수 있으나, 보다 향상된 전기 전도 특성을 향상시키기 위해서는 화학식 2 및 화학식 3으로 표시되는 화합물의 함량비를 조절할 필요가 있음을 확인할 수 있었다.
이상에서는 본 발명의 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 쉽게 이해할 수 있을 것이다.

Claims (6)

  1. A) 하기 화학식 1로 표시되는 폴리오르가노실록산, B) 하기 화학식 2로 표시되는 폴리오르가노실록산, C) 하기 화학식 3로 표시되는 폴리오르가노실록산, D) 전도성 필러, E) 촉매, 및 F) 지연제를 포함하고,
    상기 B) 화학식 2로 표시되는 폴리오르가노실록산과 상기 C) 화학식 3으로 표시되는 폴리오르가노실록산은 1:1 내지 3의 중량비로 포함되는 전도성 실리콘 접착제 조성물;
    [화학식 1]
    Figure 112021096267276-pat00018

    [화학식 2]
    Figure 112021096267276-pat00019

    [화학식 3]
    Figure 112021096267276-pat00020

    상기 식에서,
    R1 및 R2는 각각 독립적으로 C1~C6의 알킬, 또는 C2~C6의 알케닐이고,
    R3은 각각 독립적으로 C1~C6의 알킬이고,
    R4 및 R5는 각각 독립적으로 수소 또는 C1~C6의 알킬이며, 단, R4 및 R5 중 적어도 하나는 수소이고,
    R6는 각각 독립적으로 수소 또는 C1~C6의 알킬이며, 단, R6 중 적어도 하나는 수소이고,
    R7은 각각 독립적으로 C1~C6의 알킬이고,
    n은 156 내지 366의 정수이고, m 및 p는 각각 독립적으로 0 또는 1 내지 10의 정수이며(단, m 및 p가 모두 0인 경우는 제외), q는 6 내지 336의 정수이다.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 화학식 1로 표시되는 폴리오르가노 실록산은 하기 화학식 1-1 또는 1-3으로 표시되는 화합물을 포함하는 전도성 실리콘 접착제 조성물.
    [화학식 1-1]
    Figure 112021021503974-pat00021

    [화학식 1-3]
    Figure 112021021503974-pat00022

    상기 화학식 1-1에서,
    R1은 C1~C6의 알킬이고, n1은 0 또는 1 내지 356의 정수이며, n2는 1 내지 366의 정수이고,
    상기 화학식 1-3에서,
    R1 및 R2는 C1~C6의 알킬이고,
    n은 1 내지 366의 정수이다.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 화학식 2로 표시되는 폴리오르가노실록산은 하기 화학식 2-1로 표시되는 화합물을 포함하는 전도성 실리콘 접착제 조성물.
    [화학식 2-1]
    Figure 112021021503974-pat00023
  4. 제1항에 있어서,
    상기 화학식 3으로 표시되는 폴리오르가노실록산은 하기 화학식 3-1로 표시되는 화합물을 포함하는 전도성 실리콘 접착제 조성물.
    [화학식 3-1]
    Figure 112021021503974-pat00024
  5. 제1항에 있어서,
    상 기 화학식 2 및 화학식 3으로 표시되는 화합물 100 중량부에 대하여, 전도성 필러는 400 내지 600 중량부, 촉매는 5 내지 1000ppm, 지연제는 30 내지 80 중량부를 포함하고, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물과 화학식 2 및 화학식 3으로 표시되는 화합물의 몰(mole)비는 1:2 내지 8인 전도성 실리콘 접착제 조성물.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 전도성 실리콘 접착제 조성물을 포함하는 접착제; 및
    상기 접착제에 부착되는 전기 부품;
    를 포함하는 전기 디바이스.
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