KR20090059298A - 내열성 및 유연성이 우수한 전도성 페이스트 - Google Patents

Abstract

우수한 전기전도성과 접착력 및 내열성을 동시에 나타내어 연성회로기판의 인쇄에 유용한 전도성 페이스트가 개시된다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 전도성 물질, 바인더 수지, 용제 및 경화제를 포함하는 전도성 페이스트에 있어서, 상기 바인더 수지로서 에폭시 또는 페놀 수지 중 적어도 1종과 인을 함유하는 폴리에스테르 수지를 포함하는 전도성 페이스트를 제시한다.

은, 전도성, 경화, 내열성, 연성회로기판, 폴리에스테르

Description

내열성 및 유연성이 우수한 전도성 페이스트 {CONDUCTIVE PASTE HAVING A GOOD FLEXIBILITY AND HEAT RESISTANCE}

본 발명은 우수한 유연성 및 내열성을 동시에 나타내어 연성회로기판의 인쇄에 유용한 전도성 페이스트에 관한 것이다.

인쇄회로기판의 제작에 있어, 전도성 페이스트는 회로기판의 접지 및 도전 성능이 필요한 부분에 인쇄작업을 통하여 표면 전도층을 형성한다. 상기 회로기판에 사용되는 전도성 페이스트는 무선통신 환경의 폭발적인 증가세, 전자기기의 고집적화, 고정밀화 경향과 맞물려 휴대폰, DMB 단말기, PDA와 같은 소형 무선기기 회로에서 그 수요가 점차 확대되고 있다.

전기전도성과 탄성을 갖추어야 하는 연성회로기판에 사용되는 전도성 페이스트의 특성상 그 조성은 공통적으로 전도성을 가지는 입자와 고무 탄성을 가지는 수지를 첨가제 등과 함께 혼합함으로써 얻어진다.

전도성 입자로서 여러 가지 물질이 사용될 수 있으나 안정적이고 높은 효율 의 도전 성능이 요구되는 연성회로기판 등에는 그 뛰어난 화학적 안정성으로 인하여 은이 선호되고 있다.

한편, 회로 소재에 사용되던 납땜이 무연 솔더링으로 대체되면서 종전보다 섭씨 50~100도 더 높은 내열성을 가지는 페이스트에 대한 요구가 있다.

기존 에폭시 수지와, 연성을 위한 고무계 바인더를 사용하는 페이스트는 도전 성능과 회로기판과의 접착력 면에서는 우수한 특성을 보이나 무연 솔더링 후에는 접착력과 연성에서 불안정한 특성을 보인다. 이는 연성을 부여하기 위해 주로 사용하는 고무계 바인더 성분의 내열성이 섭씨 160℃까지로 섭씨 170℃에서 270℃ 사이의 무연 솔더링 온도 하에서는 내열성이 부족하기 때문이다.

따라서, 고무계 바인더를 사용하는 종전 방식의 전도성 페이스트는 무연 솔더링 작업시 내열성 보강을 위해 별도의 폴리이미드 내열성 보호 필름을 사용하거나 무연 솔더링 표면 실장이 필요한 연성회로에는 사용이 제한되는 어려움이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점들을 해결하기 위한 것으로, 종전 내열성이 떨어지는 고무계 바인더를 대체하여 인이 함유된 폴리에스테르 바인더와 내열성이 우수한 에폭시계 바인더를 적절한 비율로 혼합하여 무연 솔더링시 별도의 보호 필름없이 작업이 가능하며 무연 솔더링 작업 후에도 내열성과 연성의 변화가 없는 전도성 페이스트를 제조하는 것에 그 목적이 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여,

본 발명의 일 측면에 따르면,

전도성 물질, 바인더 수지, 용제 및 경화제를 포함하는 전도성 페이스트에 있어서, 상기 바인더 수지가 에폭시 또는 페놀 수지 중 적어도 일종과 인을 함유하는 폴리에스테르 수지를 포함하는, 전도성 페이스트를 제시할 수 있다.

상기 전도성 물질로는 은, 니켈, 알루미늄 및 탄소나노튜브 등을 단독으로 또는 혼합하여 사용할 수 있다.

본 발명에서 전도성 물질은 본 발명의 전도성 페이스트 조성물에 전도성을 부여하기 위한 목적으로 포함되는데, 0.2~30 ㎛의 평균입자크기(D50)를 가지는 전도성 물질을 사용할 수 있다.

즉, 전체 입도분포의 50% 위치를 나타내는 평균입자크기가 0.2 ㎛ 미만일 경우 금속 분말의 비표면적이 지나치게 넓어져 조성물의 화학적 안정성을 유지하기 어렵게 되어 제품의 유효기간이 줄어들 수 있다. 또한, 평균입자크기가 30 ㎛보다 커질 경우 경화된 조성물의 표면에 금속 입자의 형상이 나타날 정도로 울퉁불퉁해져서 피착체와 균일한 접촉을 방해할 가능성이 높아진다.

상기 전도성 물질은 전체 페이스트 조성물 함량의 40~90 중량%, 바람직하게는 60~80 중량% 포함될 수 있다. 전도성 물질의 함량이 40 중량% 미만이면, 상대적으로 바인더의 함량이 높아져 도전막의 저항 상승을 가져올 수 있다. 반대로 90중량%를 초과하게 되면 상대적으로 바인더의 함량이 낮아져 접착력이 떨어지는 현상이 발생할 수 있다.

본 발명에서 바인더 수지는 접착력을 부여하기 위한 바인더 수지 및 경화 후 연성을 부여하기 위한 바인더 수지를 적정한 비율로 혼합하여 140℃ 내지 180℃에서 열경화하여 사용한다. 상기 바인더 수지는 전체 페이스트 조성물의 1~30 중량%, 바람직하게는 10~25 중량% 포함될 수 있다. 상기 범위로 포함되어야 하는 이유는 앞의 전도성 물질의 함량에서 기재한 취지와 같다.

접착력을 위한 바인더 수지로는 에폭시 수지와 페놀 수지를 사용할 수 있다. 상기 에폭시 수지는 노볼락 변성 에폭시 수지, 비스페놀 에폭시 수지 및 페녹시 수지 등을 들 수 있으며 페놀 수지로는 페놀 노볼락, 크레졸 노볼락 및 레졸 페놀 수지 등을 들 수 있으나, 이들에 제한되는 것은 아니다. 이들 수지는 단독으로 또는 2종 이상 혼합하여 사용하는 것도 가능하다.

연성을 부여하기 위한 바인더 수지로는 인이 분자 내에 결합된 구조를 가지는 폴리에스테르 수지로서, 5℃ 내지 90℃ 범위의 연화점을 가지는 폴리에스테르 수지를 사용할 수 있다.

본 발명의 인을 함유하는 폴리에스테르 수지는 전체 바인더 수지 중 5~90 중량%로 포함되는 것이 바람직하다. 인 함유 폴리에스테르 수지가 5 중량% 미만으로 포함될 경우에는 내열성이 부족할 수 있고, 90 중량% 초과하여 포함될 경우에는 내열성은 좋으나 유연성이 부족하게 될 수 있다.

본 발명의 경화제로는 디시안 디아미드, 카르본산 히드라지드 등의 아민계 경화제, 3-(3,4-디클로로페닐)-1,1-디메틸요소 등의 요소계 경화제, 무수 프탈산 등의 산무수물 경화제, 디아미노디페닐메탄, 디아미노디페닐술폰산 등의 방향족 아민계 경화제를 들 수 있으며, 본 발명의 일 실시예에서는 무수 프탈산의 산 무수물 경화제를 사용할 수 있다.

상기 경화제는 전체 페이스트 조성물 중 0.1~ 5 중량%, 바람직하게는 0.5~4.5중량% 포함되는 것이 좋다. 상기 경화제의 함량이 0.1중량% 미만인 경우 경화가 충분히 일어나지 않을 수 있고, 5 중량%를 초과하는 경우 미반응 경화제가 불순물로 남아 접착력을 떨어뜨릴 수 있다.

본 발명의 용제는 페이스트 조성물 전체의 점도를 조절하고 다른 고상 첨가제를 분산시키기 위한 매질로 사용되는 것으로, 노말 메틸 피롤린과 에틸 아세테이 트 및 부틸아세테이트와 같은 아세테이트 류의 고비점 용제 등이 사용될 수 있다. 필요에 따라서는 수지의 용해성을 위해 방향족 저비점 용제를 혼합하여 사용하기도 한다. 이러한 방향족 저비점 용제에는 메틸에틸 케톤, 톨루엔, 에틸 아세테이트 등이 있다.

본 발명의 페이스트 조성물은 기타 첨가제로서 난연 필러, 분산제, 열안정제, 산화방지제, 염료 등을 필요에 따라 더 포함할 수 있다. 이들 첨가제들은 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 그 사용량이나 사용법이 공지되어 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 전도성 페이스트 조성물은 내열성이 우수한 인 결합 폴리에스테르 수지와 에폭시계 바인더를 혼합하여 사용함으로써 기존 물성과 비슷한 수준의 접착력과 저항 성능을 보이면서 고온의 표면 실장 후에도 저항 및 접착력 이상이 없는 유용한 특성을 가진다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다.

여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.

실시예 1~3

노볼락 변성 에폭시 수지(국도화학社)와 인 함유 폴리에스테르 수지(도요보 화성社)를 10분간 예비 교반하여 균일 용액을 제조하였다. 여기에 은 분말과 프탈산 무수물(국도화학社)을 첨가하여 3본 밀로 6회 밀링하여 균일한 전도성 페이스트 조성물을 각각 제조하였으며, 각 실시예의 조성비는 표 1에 나타내었다.

비교예 1

인 함유 폴리에스테르 수지 대신 니트릴 부타디엔 고무(나노켐텍社) 사용한 것을 제외하고 실시예 2와 동일한 방법으로 전도성 페이스트 조성물을 제조하였다.

비교예 2

인 함유 폴리에스테르 수지를 1중량% 사용하고, 니트릴 부타디엔 고무를 19중량%, 용제를 5중량% 사용한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 전도성 페이스트 조성물을 제조하였다.

시험예 1: 전도성 페이스트 인쇄 및 물성평가

상기 실시예 1~3 및 비교예 1 및 2에서 제조된 각각의 전도성 페이스트 조성물을 연성회로기판 기질 위에 실크스크린 인쇄하였다. 인쇄 조건은 325 메쉬 스크린을 사용하여 길이 100 mm, 폭 10 mm 두께 10 ㎛의 페이스트 코팅물이 되도록 인쇄압을 조절하여 작업한 후 160℃ 조건에서 1시간 경화시켜 도전막을 형성하였다.

경화된 도전막의 전기전도도를 확인하기 위해 플러크(Fluke)사의 멀티미터를 사용하여 경화물 5 cm 길이에 대한 비저항을 측정하였다. 접착력을 평가하기 위해 서는 연성회로기판에 인쇄된 페이스트 상부에 열융착 테이프를 부착한 후 TINIUS사의 만능강도 시험기를 이용하여 300 mm/분의 속도로 90°박리력을 측정하였다.

내열성 평가를 위해서는 제조된 연성회로기판을 260℃ 조건의 표면실장 오븐에 5분 동안 통과한 후 코팅면에 대한 유연성을 확인하기 위해 페이스트가 인쇄된 연성회로기판을 180°굴곡하여 500 g의 하중을 72시간 가한 후 표면의 크랙 상태와 저항을 재측정하였다. 측정한 값들은 표 2에 나타내었다.

상기 표 2에 나타난 바와 같이, 페이스트 조성물의 제조에 있어 연성 바인더로 인 함유 폴리에스테르 수지 대신 니트릴 부타디엔 고무를 사용한 비교예 1은 내열성 실험에서 표면에 크랙이 발생하였으며, 전혀 통전되지 않았다. 또한 접착력도 실시예에 비해 낮은 수치를 나타내었다.

한편, 연성 바인더로 인 함유 폴리에스테르 수지를 5중량% 미만으로 함유한 비교예 2는 실시예 1 내지 3과 달리 낮은 연성 바인더의 함량으로 인하여 내열성 실험에서 표면에 크랙이 발생하고 접착력도 낮은 것으로 나타났다.

Claims (7)

1. 전도성 물질, 바인더 수지, 경화제 및 용제를 포함하는 전도성 페이스트에 있어서, 상기 바인더 수지로서 에폭시 수지 또는 페놀 수지 중 적어도 1종과 인을 함유하는 폴리에스테르 수지를 포함하는 전도성 페이스트.
2. 상기 전도성 물질은 은, 니켈, 알루미늄 및 탄소나노튜브로 구성되는 군으로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 전도성 페이스트.
3. 제1항에 있어서, 에폭시 수지는 노볼락 변성 에폭시 수지, 비스페놀 에폭시 수지 및 페녹시 수지로 구성되는 군으로부터 선택되는 하나 또는 둘 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 전도성 페이스트.
4. 제1항에 있어서, 페놀 수지는 페놀 노볼락, 크레졸 노볼락 및 레졸 페놀 수지 로 구성되는 군으로부터 선택되는 하나 또는 둘 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 전도성 페이스트.
5. 제1항에 있어서, 전도성 물질 40~90 중량%, 바인더 수지 1~30 중량%, 경화제

   0.1~5 중량% 및 잔량으로서 용제를 포함하는 것을 특징으로 하는 전도성 페이스트.
6. 제1항에 있어서, 인을 함유하는 폴리에스테르 수지는 전체 바인더 수지 중 5~90 중량%로 포함되는 것을 특징으로 하는 전도성 페이스트.
7. 제1항에 있어서, 난연 필러, 분산제, 열안정제, 산화방지제 또는 염료를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전도성 페이스트.