KR20140012650A - 열전도성 접착제 - Google Patents

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KR20140012650A
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KR20137022321A
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다이치 고야마
다카유키 사이토
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데쿠세리아루즈 가부시키가이샤
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Publication date
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Abstract

본 발명은 경화 성분 및 이 경화 성분용 경화제를 함유하는 열경화성 접착제와, 그 열경화성 접착제 중에 분산된 금속 충전제를 갖는 열전도성 접착제에 있어서 금속 충전제로서 은 분말 및 땜납 분말을 사용한다. 땜납 분말은 열전도성 접착제의 열경화 처리 온도보다 낮은 용융 온도를 나타내며, 상기 열경화성 접착제의 열경화 처리 조건하에서 은 분말과 반응하여, 상기 땜납 분말의 용융 온도보다 높은 융점을 나타내는 고융점 땜납 합금을 생성하는 것을 사용한다. 경화제로는 금속 충전제에 대하여 플럭스 활성을 갖는 경화제를 사용한다.

Description

열전도성 접착제{THERMALLY CONDUCTIVE ADHESIVE}
본 발명은 경화 성분 및 이 경화 성분용 경화제를 함유하는 열경화성 접착제 중에 금속 충전제가 분산되어 이루어지는 열전도성 접착제에 관한 것이다.
방열 기판에 실장된 LED(발광 다이오드) 칩이나 IC(집적 회로) 칩이 발하는 열을 방열 기판을 통해 히트 싱크에 방열하기 위해, 방열 기판과 히트 싱크를 열전도성 접착제로 접착하는 것이 행해지고 있다. 이러한 열전도성 접착제로는, 플럭스 활성을 갖는 경화 성분으로서의 디카르복실산모노(메트)아크릴로일알킬에틸에스테르와, 그의 플럭스 활성을 고온에서 불활성화하는 글리시딜에테르계 화합물과, 경화 성분이 될 수 있는 희석제로서의 (메트)아크릴계 단량체와, 라디칼 중합 개시제를 함유하는 열경화성 접착제에, 금속 충전제로서 고융점 금속 분말과 저융점 금속 분말을 분산시킨 것이 제안되어 있다(특허문헌 1). 이 열전도성 접착제에 의한 열전도는, 열경화성 접착제 중에서 접착제가 고화되기 전에, 액화된 저융점 금속을 고융점 금속과 소결시켜 얻은 소결 구조에 의해 실현되어 있다.
일본 특허 공개 제2006-523760호 공보
그러나, 특허문헌 1에 기재된 열전도성 접착제의 경우 반응 속도가 빠른 라디칼 중합에 의해 고화되기 때문에, 저융점 금속이 액화되어 고융점 금속 분말 사이를 서로 충분히 결합시키기 전에 열전도성 접착제가 고화되는 것이 염려된다. 이 때문에, 의도한 열전도성을 확보하기 위해, 금속 충전제를 이하의 수학식 (1)에서 정의되는 금속 충전제 충전율이 90％를 초과하도록 배합하고 있었다(실시예). 이것은 상대적으로 열경화성 접착제의 함유량을 저하시키기 때문에, 그의 접착력을 저하시킨다는 별도의 문제가 발생하였다.
Figure pct00001
본 발명의 목적은 이상의 종래 기술의 과제를 해결하고자 하는 것으로, 경화 성분 및 이 경화 성분용 경화제를 함유하는 열경화성 접착제와, 상기 열경화성 접착제 중에 분산된 금속 충전제를 함유하는 열전도성 접착제에 있어서, 열전도성 접착제가 고화되기 전에, 저융점 금속을 액화시켜 고융점 금속 분말 사이를 서로 충분히 결합시킬 수 있도록 하면서, 열전도성 접착제 자체의 접착력을 양호한 수준으로 유지할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은 열경화성 접착제와 금속 충전제를 함유하는 열전도성 접착제를 열경화시킨 경우, 그의 열경화물 중에 금속 충전제의 연속된 네트워크(금속의 연속상)를 형성할 수 있으면, 종래의 열전도성 접착제에 비하여 비교적 소량의 금속 충전제로 양호한 열전도성을 실현할 수 있으며, 또한 종래의 열전도성 접착제에 비하여 열경화성 접착제의 함유 비율을 높게 할 수 있기 때문에, 필연적으로 열전도성 접착제의 접착력의 저하를 억제할 수 있다는 가정하에, 금속 충전제로서 은 분말뿐만 아니라, 열전도성 접착제의 열경화 처리 온도보다 낮은 용융 온도를 가지면서, 열전도성 접착제의 열경화 처리 조건하에서 은 분말과 반응하여, 해당 땜납 분말의 용융 온도보다 높은 융점을 나타내는 고융점 땜납 합금을 생성하는 소위 저융점 땜납 분말을 병용하고, 또한 경화제로서 플럭스 활성을 갖는 것을 사용함으로써, 은 분말을 통해 용융 땜납의 연속된 네트워크(금속의 연속상)를 형성할 수 있는 것을 발견하여 본 발명을 완성시켰다.
즉, 본 발명은 경화 성분 및 이 경화 성분용 경화제를 함유하는 열경화성 접착제 중에 금속 충전제가 분산되어 이루어지는 열전도성 접착제에 있어서,
금속 충전제는 은 분말 및 땜납 분말을 갖고,
상기 땜납 분말은 열전도성 접착제의 열경화 처리 온도보다 낮은 용융 온도를 나타내며, 상기 열전도성 접착제의 열경화 처리 조건하에서 은 분말과 반응하여, 상기 땜납 분말의 용융 온도보다 높은 융점을 나타내는 고융점 땜납 합금을 생성하는 것이고,
상기 경화제는 금속 충전제에 대하여 플럭스 활성을 갖는 경화제인 것을 특징으로 하는 열전도성 접착제를 제공한다.
또한, 본 발명은 LED 칩이 본 발명의 열전도성 접착제로 방열 기판의 표면에 다이 본딩 실장되고, LED 칩의 표면 전극과 방열 기판의 표면 전극이 와이어 본딩에 의해 접속되며, 상기 방열 기판이 본 발명의 열전도성 접착제로 히트 싱크에 접착되어 있는 파워 LED 모듈, LED 칩이 방열 기판의 표면에 플립 칩 실장되며, 상기 방열 기판이 본 발명의 열전도성 접착제로 히트 싱크에 접착되어 있는 파워 LED 모듈, 또한 IC 칩이 본 발명의 열전도성 접착제로 방열 기판의 표면에 다이 본딩 실장되고, IC 칩의 표면 전극과 방열 기판의 표면 전극이 와이어 본딩에 의해 접속되며, 상기 방열 기판이 본 발명의 열전도성 접착제로 히트 싱크에 접착되어 있는 파워 IC 모듈을 제공한다.
본 발명의 열전도성 접착제에 있어서는 금속 충전제로서 은 분말뿐만 아니라, 열전도성 접착제의 열경화 처리 온도보다 낮은 용융 온도를 나타내며, 상기 열전도성 접착제의 열경화 처리 조건하에서 은 분말과 반응하여, 해당 땜납 분말의 용융 온도보다 높은 융점을 나타내는 고융점 땜납 합금을 생성하는 땜납 분말을 병용한다. 이 때문에, 열전도성 접착제를 열경화시킬 때, 그의 열경화 처리 온도에 도달하기 전에 땜납 분말이 용융된다. 또한, 경화제로서 플럭스 활성을 갖는 것을 사용하기 때문에, 은 분말에 대한 용융된 땜납의 습윤성을 향상시킬 수 있다. 따라서, 열전도성 접착제의 열경화물 중에 비교적 소량의 용융된 금속 충전제로 은 분말을 통해 연속된 네트워크(금속의 연속상)를 형성할 수 있어, 높은 효율로 열전도를 실현할 수 있다. 따라서, 상대적으로 열경화성 접착제의 함유량을 증대시킬 수 있어, 열전도성 접착제의 경화물의 접착력을 향상시킬 수 있다.
또한, 용융된 땜납 분말은 열전도성 접착제의 열경화 처리 조건하에서 추가로 은 분말과 반응하여, 상기 땜납 분말의 용융 온도보다 높은 융점을 나타내는 고융점 땜납 합금을 생성한다. 따라서, 열전도성 접착제의 경화물의 내열성을 향상시킬 수 있다.
또한, 경화제 자체는 경화 성분과 함께 경화물 중에 중합 유닛 중 하나로서 도입되기 때문에, 경화제의 블루밍(blooming)도 발생하지 않는다. 따라서, 그러한 블루밍을 원인으로 하는 열전도성 접착제의 접착력의 저하를 방지할 수 있다.
[도 1] 실시예 1의 열전도성 접착제의 경화 전·경화 후의 DSC(시차 주사 열량 측정) 차트이다.
[도 2] 실시예 1의 열전도성 접착제의 경화 후의 단면 사진이다.
[도 3] 본 발명의 와이어 본딩 실장 유형의 파워 LED 모듈의 개략 단면도이다.
[도 4] 본 발명의 플립 칩 실장 유형의 파워 LED 모듈의 개략 단면도이다.
[도 5] 본 발명의 와이어 본딩 실장 유형의 파워 IC 모듈의 개략 단면도이다.
본 발명의 열전도성 접착제는 경화 성분 및 이 경화 성분용 경화제를 함유하는 열경화성 접착제와, 그 열경화성 접착제 중에 분산된 금속 충전제를 갖는 것이다. 여기서 금속 충전제는 은 분말 및 땜납 분말을 함유한다. 우선, 열경화성 접착제에 대해서 설명하고, 다음으로 금속 충전제에 대해서 설명한다.
<열경화성 접착제>
열경화성 접착제를 구성하는 경화 성분으로는, 경화제와 열경화 처리됨으로써 접착 작용을 갖는 에폭시 수지, 페놀 수지, 우레탄 수지 등을 사용할 수 있고, 그 중에서도 플럭스 성분의 불활성화를 위해 에폭시 수지를 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 에폭시 수지로는 비스페놀 A형 에폭시 수지, 비스페놀 F형 에폭시 수지, 노볼락형 에폭시 수지 등의 글리시딜에테르형 에폭시 수지를 예시할 수 있다. 그 밖에 지환식 에폭시 수지나 복소환 함유 에폭시 수지 등 일반적으로 알려져 있는 것을 적용할 수 있다. 또한, 반응 속도가 비교적 빠른 지환식 에폭시 수지의 경우, 그의 사용에 따라 열전도성 접착제의 경화 속도가 빨라지기 때문에, 용융된 땜납 분말에 의한 네트워크(금속의 연속상) 형성을 보다 신속히 행하도록 하는 것이 바람직하다. 이 경우에는, 보다 저융점인 땜납 분말을 사용할 수도 있다.
또한, 경화제로는 경화 성분에 대응하는 경화제로서, 플럭스 활성을 갖는 것을 사용한다. 경화 성분이 에폭시 수지인 경우, 열경화시에 가스의 발생이 없고, 에폭시 수지와 혼합했을 때에 긴 가용 시간을 실현할 수 있으며, 얻어지는 경화물의 전기적 특성, 화학적 특성 및 기계적 특성간의 양호한 균형을 실현할 수 있다는 점에서, 산 무수물을 경화제로서 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 경화제에 플럭스 활성을 발현시키는 수법으로는, 경화제에 카르복실기, 술포닐기, 인산기 등의 양성자산기를 공지된 방법에 의해 도입하는 것을 들 수 있다. 그 중에서도, 에폭시 수지와의 반응성 측면에서 카르복실기를 적용하는 것이 바람직하다.
따라서, 경화 성분이 에폭시 수지인 경우의 바람직한 경화제로는, 자유 카르복실기가 존재하는, 트리카르복실산의 모노산 무수물, 바람직하게는 시클로헥산-1,2,4-트리카르복실산-1,2-산 무수물을 들 수 있다.
열경화성 접착제에 있어서의 경화 성분과 경화제의 함유 비율은 경화 성분이나 경화제의 종류에 따라 다르지만, 경화 성분이 에폭시 수지이고 경화제가 트리카르복실산의 모노산 무수물인 경우에는, 상대적으로 에폭시 수지의 함유량이 지나치게 많거나 지나치게 적어도 경화가 불충분해지기 때문에, 몰당량 기준인 당량비([에폭시 수지]/[경화제])로 바람직하게는 1:0.5 내지 1:1.5, 보다 바람직하게는 1:0.8 내지 1:1.2이다.
열경화성 접착제에는 상술한 경화 성분 및 경화제에, 공지된 열전도성 접착제에 배합되어 있는 각종 첨가제, 예를 들면 안료, 자외선 흡수제, 경화 촉진제, 실란 커플링제를 발명의 효과를 손상시키지 않는 범위에서 더 첨가할 수 있다.
열전도성 접착제를 구성하기 위한 열경화성 접착제는, 경화 성분이나 경화제, 및 그 밖의 첨가제를 통상법에 의해 균일하게 혼합함으로써 제조할 수 있다.
<금속 충전제>
상술한 열경화성 접착제에 분산시켜 열전도성 접착제를 제조하기 위한 금속 충전제는 은 분말과 땜납 분말을 함유한다.
은 분말은 열전도율이 높지만 융점이 높아 열전도성 접착제의 통상의 열경화 처리시의 가열에 의해 용융되지 않기 때문에, 금속 충전제로서 은 분말만을 사용하여 효율이 좋은 열전도를 실현하기 위해서는 용융되지 않은 은 분말끼리 접촉시킬 필요가 있다. 이를 위해서는 열전도성 접착제에 다량의 은 분말을 배합하게 되지만, 다량의 은 분말을 배합하면, 상대적으로 열경화성 접착제의 함유량이 감소하여 접착력이 저하될 우려가 있다. 따라서, 본 발명에서는 열전도성 접착제에 배합한 금속 충전제의 전량 중 일부로서, 열경화 온도 근방의 용융 온도를 나타내는 땜납 분말을 사용하여, 용융된 땜납 분말로 은 분말 사이를 네트워크화(금속의 연속상화)한다.
이러한 목적으로 사용하기 위한 땜납 분말로는, 구체적으로 열전도성 접착제의 열경화 처리 온도보다 낮은 용융 온도를 나타내며, 상기 열전도성 접착제의 열경화 처리 조건하에서 은 분말과 반응하여, 상기 땜납 분말의 용융 온도보다 높은 융점을 나타내는 고융점 땜납 합금을 생성하는 것을 사용한다. 이에 따라 열전도성 접착제의 경화물의 내열성을 향상시킬 수 있다.
이러한 땜납 분말로는 Sn-Bi계 땜납 분말, Sn-In계 땜납 분말, Sn-Zn계 땜납 분말을 바람직하게 들 수 있고, 그 중에서도 저온 용융성 측면에서 Sn-Bi계 땜납 분말, Sn-In계 땜납 분말을 바람직하게 들 수 있다. Sn-Bi계 땜납 분말의 구체예로는, Sn-58Bi 공정계(共晶系) 땜납 분말(융점 139℃), Sn-In계 땜납 분말로는 Sn-52In 공정계 땜납 분말(융점 117℃), Sn-Zn계 땜납 분말의 구체예로는 Sn-9Zn 공정계 땜납 분말(융점 199℃)을 들 수 있다.
은 분말 및 땜납 분말의 입자 형상으로는 구상, 편평상, 입상, 침상 등의 형상을 들 수 있다.
은 분말과 땜납 분말의 질량비는, 전자가 지나치게 많으면 네트워크(금속의 연속상)가 적어지는 경향이 있고, 전자가 너무 적으면 고융점 땜납의 생성량이 적어지는 경향이 있기 때문에, 바람직하게는 질량비로 1:2 내지 2:1, 보다 바람직하게는 1:1.5 내지 1.5:1이다.
<열전도성 접착제>
본 발명의 열전도성 접착제는 이상 설명한 금속 충전제와 열경화성 접착제를 통상법에 의해 균일하게 혼합함으로써 제조되는 것으로, 필요에 따라 유기 용매를 첨가할 수도 있다. 여기서 금속 충전제의 열전도성 접착제 중의 함유량(즉, 이하의 수학식 (1)에서 정의되는 질량 기준의 금속 충전제 충전율)은, 너무 낮으면 네트워크(금속의 연속상)가 형성되기 어려워지는 경향이 있고, 너무 높으면 열전도성 접착제의 접착력이 저하되는 경향이 있기 때문에, 바람직하게는 75 내지 95％, 보다 바람직하게는 80 내지 90％이다.
Figure pct00002
본 발명의 열전도성 접착제는 LED 칩이나 IC 칩을 실장한 방열 기판을 히트 싱크에 접착시켜 파워 LED 모듈이나 파워 IC 모듈을 구성할 때에 바람직하게 적용할 수 있다. 여기서 파워 LED 모듈로는, 와이어 본딩 실장 유형의 것(도 3)과 플립 칩 실장 유형의 것(도 4)이 있고, 파워 IC 모듈로는 와이어 본딩 실장 유형의 것(도 5)이 있다.
도 3의 와이어 본딩 실장 유형의 파워 LED 모듈 (300)은 LED 칩 (30)이 본 발명의 열전도성 접착제 (31)로 방열 기판 (32)에 다이 본딩 실장되어 있고, LED 칩 (30)의 표면 전극(도시하지 않음)과 방열 기판 (32)의 표면 전극(도시하지 않음)이 와이어 본딩에 의해 접속되고(구체적으로는 본딩 와이어 (33)으로 접속되고), 그 방열 기판 (32)가 본 발명의 열전도성 접착제 (34)로 히트 싱크 (35)에 추가로 접착되어 있는 구조를 갖는다. 이 파워 LED 모듈 (300)에 있어서, LED 칩 (30)이 발한 열은 차례대로 열전도성 접착제 (31)의 경화물, 방열 기판 (32), 열전도성 접착제 (34)의 경화물, 히트 싱크 (35)로 전도되어, LED 칩 (30)의 열에 의한 성능 저하가 방지되어 있다.
도 4의 플립 칩 실장 유형의 파워 LED 모듈 (400)은 LED 칩 (40)이 공지된 열경화성의 이방성 도전 접착제 등의 접착제 (41)로 방열 기판 (42)에 플립 칩 실장되어 있고, 그 방열 기판 (42)가 본 발명의 열전도성 접착제 (43)으로 히트 싱크 (44)에 추가로 접착되어 있는 구조를 갖는다. 이 파워 LED 모듈 (400)에 있어서, LED 칩 (40)이 발한 열은 차례대로 접착제 (41), 방열 기판 (42), 열전도성 접착제 (43)의 효과물, 히트 싱크 (44)로 전도되어, LED 칩 (40)의 열에 의한 성능 저하가 방지되어 있다.
도 5의 와이어 본딩 실장 유형의 파워 IC 모듈 (500)은 IC 칩 (50)이 본 발명의 열전도성 접착제 (51)로 방열 기판 (52)의 표면에 다이 본딩 실장되고, IC 칩 (50)의 표면 전극(도시하지 않음)과 방열 기판 (52)의 표면 전극(도시하지 않음)이 와이어 본딩에 의해 접속되고(구체적으로는 본딩 와이어 (33)으로 접속되고), 상기 방열 기판 (52)가 본 발명의 열전도성 접착제 (54)로 히트 싱크 (55)에 접착되어 있는 구조를 갖는다. 이 파워 IC 모듈 (500)에 있어서, IC 칩 (50)이 발한 열은 차례대로 열전도성 접착제 (51), 방열 기판 (52), 열전도성 접착제 (54), 히트 싱크 (55)로 전도되어, IC 칩 (50)의 열에 의한 성능 저하가 방지되어 있다.
도 3 내지 도 5의 파워 LED 모듈 (300, 400) 또는 파워 IC 모듈 (500)에 있어서는, 방열 효율을 향상시키기 위해 방열 기판 (32, 42, 52)와 히트 싱크 (35, 44, 55) 사이에 각각 열 확산판을 본 발명의 열전도성 접착제를 이용하여 협지시킬 수 있다.
또한, 도 3 내지 도 5의 모듈에 있어서는, 본 발명의 열전도성 접착제를 사용하는 것 이외의 구성은 공지된 파워 LED 모듈이나 파워 IC 모듈의 구성과 마찬가지로 할 수 있다.
[실시예]
실시예 1
경화 성분으로서 비스페놀 F형 에폭시 수지(jER806, 미쯔비시 가가꾸(주)) 100 질량부, 경화제로서 시클로헥산-1,2,4-트리카르복실산-1,2-산 무수물(H-TMAn/H-TMAn-S, 미츠비시 가스 가가꾸(주)) 70 질량부, 금속 충전제로서 평균 입경 20 ㎛의 Sn-58Bi 땜납 분말(Sn-Bi, 미쓰이 긴조꾸 고교(주)) 340 질량부 및 은 분말(AgC-224, 후꾸다 긴조꾸 하꾸훈 고교(주)) 340 질량부를 교반 장치(신키믹서(Thinky Mixer)·자동 공전 믹서, (주)신키)를 이용하여 균일하게 혼합하여, 실시예 1의 페이스트상의 열전도성 접착제를 얻었다. 금속 충전제 충전율은 80％였다. 또한, 경화 성분인 에폭시 수지와 경화제인 시클로헥산-1,2,4-트리카르복실산-1,2-산 무수물의 몰당량 기준의 당량비([에폭시 수지]/[경화제])를 하기 표 1에 나타내었다.
얻어진 열경화 처리 전의 열전도성 접착제 및 열경화 처리(150℃, 60분간 가열)한 후의 열전도성 접착제의 경화물에 대해서, 시차 주사 열량 측정(측정 장치: DSC Q100, TA 인스트루먼트사, 승온 속도 10℃/분, 주사 온도 영역 10 내지 300℃)을 행하였다. 얻어진 결과(DSC 차트)를 도 1에 도시하였다. 또한, 열전도성 접착제의 경화물을 단면 연마하고, 절단면의 주사형 전자 현미경(S-3000N, 히다치 세이사꾸쇼(주))으로 촬영하였다. 얻어진 전자 현미경 사진을 도 2에 도시하였다.
도 1의 경화 전의 DSC 곡선에 있어서, 약 140℃에 Sn-58Bi 땜납의 용융에 따른 흡열이 관찰되고, 150 내지 160℃ 부근에는 열경화성 접착제의 발열이 관찰되며, 260℃ 부근에는 Sn-3.5Ag의 용융에 따른 흡열이 관찰되었다. 또한, 경화 후의 DSC 곡선에 있어서는 140℃ 부근의 Sn-Bi 땜납의 용융시의 흡열도, 150 내지 160℃ 근방의 열전도성 접착제의 경화시의 발열도 관찰되지 않지만, 260℃ 부근에는 Sn-3.5Ag의 용융에 따른 큰 흡열이 관찰되었다.
도 2의 전자 현미경 사진에는, 검정색, 회색, 하이라이트의 3가지 다른 명도의 영역이 관찰되었다. 하이라이트가 Bi이고 회색 영역이 고융점 땜납 합금 및 은 분말이다. 검정색 영역은 열경화성 접착제의 경화물이다. 이와 같이 하이라이트와 회색의 영역에서 네트워크(금속의 연속상)가 형성되어 있는 것이 관찰되었다. 또한, 열경화 처리에 의해 새롭게 생성되는 고융점 땜납 합금은, 사진 상에서는 회색 영역에 포함되어 있는 것이라 생각된다.
또한, 얻어진 열전도성 접착제에 대해서 "저온 경화성", "네트워크(금속의 연속상) 형성성", "열전도율" 및 "접착 강도"를 이하와 같이 시험·평가하고, 얻어진 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
<저온 경화성>
땜납 분말의 용융 온도와 열전도성 접착제의 경화 개시 온도가 모두 200℃ 이하이며, 용융 온도가 경화 개시 온도보다 낮은 경우를 "◎", 땜납 분말의 용융 온도와 열전도성 접착제의 경화 개시 온도가 모두 200℃ 이하이지만, 용융 온도가 경화 개시 온도보다 낮지 않은 경우를 "○", 그 이외의 경우를 "×"라고 평가하였다.
<네트워크 형성성>
열전도성 접착제의 경화물을 절단하고, 그 절단면을 연마하고, 그 연마면을 주사형 전자 현미경(S-3000N, 히다치 세이사꾸쇼(주))으로 촬영하여, 땜납 분말에 의해 형성된 네트워크(금속의 연속상)의 유무를 관찰하였다.
<열전도율>
열전도성 접착제의 경화물의 열전도율을 열전도율 측정 장치(LFA447 NanoFlash, 네취(Netzsch)사 제조)를 이용하여 측정하였다. 얻어진 측정 결과의 열전도율이 8.0 W/mk 이상인 경우를 "◎", 5.0 W/mk 이상 8.0 W/mk 미만인 경우를 "○", 5.0 W/mk 미만인 경우를 "×"라고 평가하였다.
<접착 강도>
100 mm×15 mm×0.5 mm의 알루미늄판(A5052P) 2매 사이에 직경 10 mm가 되도록 열전도성 접착제를 끼우고(2매의 알루미늄판의 접촉 면적: 15 mm×15 mm), 150℃, 60분간 오븐 경화를 실시하여 측정 샘플을 제조하고, 인장 시험기(텐실론, 오리엔텍사)를 이용하여 전단 강도를 측정하였다(25℃, 인장 속도 5 mm/분). 얻어진 측정 결과의 접착 강도가 130 kN/㎠ 이상인 경우를 "◎", 100 kN/㎠ 이상 130 kN/㎠ 미만인 경우를 "○", 100 kN/㎠ 미만인 경우를 "×"라고 평가하였다.
실시예 2 내지 7, 비교예 1 내지 4
표 1에 나타내는 성분을 사용하여 실시예 1과 동일한 조작을 반복함으로써, 실시예 2 내지 7, 비교예 1 내지 4의 페이스트상의 열전도성 접착제를 얻었다. 얻어진 열전도성 접착제에 대해서, 실시예 1의 경우와 마찬가지로 "저온 경화성", "네트워크(금속의 연속상) 형성성", "열전도율" 및 "접착 강도"를 시험·평가하고, 얻어진 결과를 표 1에 나타내었다.
Figure pct00003
표 1로부터, 에폭시 수지와 경화제의 몰당량비가 1:0.8 내지 1:1.2의 범위인 실시예 1 내지 7의 열전도성 접착제는 저온 경화성, 네트워크(금속의 연속상) 형성성, 열전도율 및 접착 강도 중 어느 평가 항목도 양호한 결과를 나타낸 것을 알 수 있다.
한편, 비교예 1의 경우, 경화제로서 플럭스 활성이 없는 산 무수물을 사용했기 때문에 은 분말에 대해 땜납 분말의 용융물이 충분히 젖지 않으므로, 네트워크(금속의 연속상)가 형성되지 않아 열전도율의 평가가 낮은 것이었다. 비교예 2의 경우, 경화제로서 플럭스 활성이 없는 산 무수물을 사용했기 때문에 은 분말에 대해 땜납 분말의 용융물이 충분히 젖지 않아 네트워크(금속의 연속상)가 형성되지 않았지만, 금속 충전제 충전율은 증대시켰기 때문에 열전도율의 평가가 바람직한 반면, 상대적으로 열경화성 접착제의 양이 감소했기 때문에 접착 강도가 저하되었다. 비교예 3의 경우, 용융된 땜납 분말이 네트워크를 형성할 때 핵이 되는 은 분말을 사용하지 않았기 때문에 네트워크(금속의 연속상)가 형성되지 않아, 열전도율의 평가가 낮은 것이었다. 비교예 4의 경우, 네트워크(금속의 연속상)를 형성하는 땜납 분말을 사용하지 않았기 때문에 네트워크(금속의 연속상)가 형성되지 않아, 열전도율이 낮다는 평가였다.
본 발명의 열전도성 접착제는 열전도성 접착제의 열경화물 중에 비교적 소량의 용융된 금속 충전제로 은 분말을 통해 연속된 네트워크(금속의 연속상)를 형성할 수 있어, 고효율의 열전도를 실현할 수 있다. 따라서, 상대적으로 열경화성 접착제의 함유량을 증대시킬 수 있어, 열전도성 접착제의 경화물의 접착력을 향상시킬 수 있다. 또한, 용융된 땜납 분말은 열전도성 접착제의 열경화 처리 조건하에서 은 분말과 더 반응하여, 상기 땜납 분말의 용융 온도보다 높은 융점을 나타내는 고융점 땜납 합금을 생성한다. 따라서, 열전도성 접착제의 경화물의 내열성을 향상시킬 수 있다. 따라서, 본 발명의 열전도성 접착제는 파워 LED 모듈이나 파워 IC 모듈에 있어서의 히트 싱크의 접착에 유용하다.
30, 40: LED 칩
31, 34, 43, 51, 54: 열전도성 접착제
32, 42, 52: 방열 기판
33, 53: 본딩 와이어
35, 44, 55: 히트 싱크
41: 접착제
50: IC 칩
300: 와이어 본딩 실장 유형의 파워 LED 모듈
400: 플립 칩 실장 유형의 파워 LED 모듈
500: 와이어 본딩 실장 유형의 파워 IC 모듈

Claims (10)

  1. 경화 성분 및 이 경화 성분용 경화제를 함유하는 열경화성 접착제와, 상기 열경화성 접착제 중에 분산된 금속 충전제를 갖는 열전도성 접착제에 있어서,
    금속 충전제는 은 분말 및 땜납 분말을 갖고,
    상기 땜납 분말은 열전도성 접착제의 열경화 처리 온도보다 낮은 용융 온도를 나타내며, 상기 열경화성 접착제의 열경화 처리 조건하에서 은 분말과 반응하여, 상기 땜납 분말의 용융 온도보다 높은 융점을 나타내는 고융점 땜납 합금을 생성하는 것이고,
    상기 경화제는 금속 충전제에 대하여 플럭스 활성을 갖는 경화제인
    것을 특징으로 하는 열전도성 접착제.
  2. 제1항에 있어서, 상기 땜납 분말이 Sn-Bi계 땜납 분말 또는 Sn-In계 땜납 분말인 열전도성 접착제.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 은 분말과 땜납 분말의 질량비가 1:2 내지 2:1인 열전도성 접착제.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 질량 기준의 금속 충전제 충전율이 75 내지 95％인 열전도성 접착제.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 경화 성분이 글리시딜에테르형 에폭시 수지이고, 경화제가 트리카르복실산의 모노산 무수물인 열전도성 접착제.
  6. 제5항에 있어서, 몰당량 기준의, 경화 성분과 경화제의 당량비([에폭시 수지]:[경화제])가 1:0.5 내지 1:1.5인 열전도성 접착제.
  7. 제1항에 있어서, 열경화시, 상기 땜납 분말은 용융되어 은 분말 사이에 네트워크를 형성하는 것인 열전도성 접착제.
  8. LED 칩이 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 기재된 열전도성 접착제로 방열 기판의 표면에 다이 본딩(die bonding) 실장되고, LED 칩의 표면 전극과 방열 기판의 표면 전극이 와이어 본딩에 의해 접속되며, 상기 방열 기판이 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 기재된 열전도성 접착제로 히트 싱크(heat sink)에 접착되어 있는 파워 LED 모듈.
  9. LED 칩이 방열 기판의 표면에 플립 칩 실장되고, 상기 방열 기판이 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 기재된 열전도성 접착제로 히트 싱크에 접착되어 있는 파워 LED 모듈.
  10. IC 칩이 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 기재된 열전도성 접착제로 방열 기판의 표면에 다이 본딩 실장되고, IC 칩의 표면 전극과 방열 기판의 표면 전극이 와이어 본딩에 의해 접속되며, 상기 방열 기판이 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 기재된 열전도성 접착제로 히트 싱크에 접착되어 있는 파워 IC 모듈.
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