KR20210028289A

KR20210028289A - 상온 고속 경화형 도전성 접착제

Info

Publication number: KR20210028289A
Application number: KR1020190106557A
Authority: KR
Inventors: 짱 쩡
Original assignee: 짱 쩡
Priority date: 2019-08-29
Filing date: 2019-08-29
Publication date: 2021-03-12

Abstract

중량부로 P-페닐 디메틸 에스테르 에폭시 수지 100, 고 메틸 에테르화 멜라민 포름알데히드 수지 50-150, 폴리에테르 2-10, P-페닐 디메틸 에스테르 에폭시 수지 경화제 50-90, 경화 촉진제 3-6, 구리 분말 200-1600, 그리고 나노-실리카 2-4로 주로 구성되는 상온 고속 경화형 도전성 접착제가 제안된다. 제안된 도전성 접착제는 상온에서의 20분 이내에 경화될 수 있고, 상온에서 2개월 이상 보관 가능하며, 14MPa 이상의 전단 강도를 가진다.

Description

상온 고속 경화형 도전성 접착제{a room-temperature fast curing conductive adhesive}

전자 재료 분야의 상온 고속 경화형 도전성 접착제와, 그 준비 방법, 응용 방법에 관한 기술에 개시된다.

전자 부품과 컴포넌트들이 점점 더 소형 경량화되면서, 마이크로 전자 패키징 산업에서 사용되는 전통적인 Sn/Pb 납땜(solder)으로는 공정의 요구 조건을 만족시킬 수 없게 되었다. 따라서 새로운 재료로, 전자 제품들에 도전성 접착제가 납땜을 대신하여 널리 사용되어 왔다. 도전성 접착제는 경화 및 건조되면 특정한 도전성 성능을 가지는 특수한 접착제이다; 그리고 도전성 접착제는 경화제(curing agent)와, 도전성 필러(conductive filler) 그리고 다른 첨가제를 유기 고분자 기질 수지(organic polymer matrix resin)에 투입(add)함에 의해 준비된다.

도전성 접착제는 경화되면 금속과 대략 유사한 도전 성능을 가지며, 도전성 재료들을 동일한 유형(type) 혹은 상이한 유형으로 연결하여 그 연결된 재료들간에 도전성 루프를 형성할 수 있어, 도전성 접착제는 Sn/Pb 납땜을 대체할 수 있는 우수한 재료로 인정받고 있다. 구리 분말을 가진 도전성 접착제는 은 분말(silver powder)을 가진 도전성 접착제와 매우 유사한 도전 성능을 가지고 있고, 또 상대적으로 양호한 결합 강도(joint strength)와 낮은 제조 비용을 가지고 있기 때문에 큰 관심을 끌고 있다.

그러나 현재의 도전성 접착제는 너무 경화 시간이 길다는 문제점을 일반적으로 가지고 있어, 한편으로는 수 분 내지 수십 분 이내에 도전성 접착제의 완전한 경화가 요구되는 무전해 도금(electroless plating) 제품과 같이 고속 경화가 요구되는 많은 응용 분야의 요구를 만족시키기 어렵고, 또 다른 한편으로는 긴 경화 시간은 제조 분야에서 바람직하지 않은 긴 제조 주기를 초래한다.

종래 기술에서 존재하는 이러한 문제를 해결하기 위하여, 제안된 발명은 상온에서 고속 경화가 가능한 P-페닐 디메틸 에스테르 에폭시 수지의 도전성 접착제와 그 준비 방법 및 응용 방법을 제시한다.

제안된 P-페닐 디메틸 에스테르 에폭시 수지의 도전성 접착제는 중량부로 P-페닐 디메틸 에스테르 에폭시 수지 100, 고 메틸 에테르화 멜라민 포름알데히드 수지 50-150, 폴리에테르 2-10, P-페닐 디메틸 에스테르 에폭시 수지 경화제 50-90, 경화 촉진제 3-6, 구리 분말 200-1600, 그리고 나노-실리카 2-4로 주로 구성된다.

제안된 P-페닐 디메틸 에스테르 에폭시 수지의 도전성 접착제는 다음의 단계들을 포함하는 방법에 의해 준비될 수 있다.

(1)구리 분말의 무게를 달아서 그 전체 무게에 대해 1%-3%의 실란 결합제(silane coupling agent)를 부가하여 혼합물(blend)을 얻고, 그 혼합물에 적절한 분량의 유기 용매(organic solvent)를 추가하며, 그 결과물을 초음파 분쇄기(pulverizer)로 30-40분간 초음파 개질(modify) 처리하며, 그 개질 처리된 결과물을 증발 접시에 부어서 진공 건조시키고, 그리고

(2) P-페닐 디메틸 에스테르 에폭시 수지와, P-페닐 디메틸 에스테르 에폭시 수지 경화제와, 경화 촉진제와, 고 메틸 에테르화 멜라민 포름알데히드 수지와, 폴리에테르 및 나노-실리카를 상온에서 단계(1)에서 준비된 결과물에 부가하여 혼합물(mixture)을 얻고, 그 혼합물을 30-40분간 진공 교반(vacuum stirring)하여 P-페닐 디메틸 에스테르 에폭시 수지 도전성 접착제를 얻는다.

제안된 발명은 또한 대기 환경(air environment)에서 기질의 표면에 그 도전성 접착제를 투입하고, 상온에서 그 도전성 접착제를 경화시키는 단계를 포함하는 P-페닐 디메틸 에스테르 에폭시 수지의 도전성 접착제의 응용 방법을 제공한다.

종래기술에 따른 도전성 접착제와 비교하여, 제안된 발명은 다음과 같은 장점과 유리한 효과를 가진다.

(1) 상온의 대기 환경에서 고 메틸 에테르화 멜라민 포름알데히드 수지와 폴리에테르의 발열 중합(exothermic polymerization)에 의해, 제안된 도전성 접착제는 추가적인 가열 없이 상온에서의 경화 시간 20분 이내의 고속 경화를 실현한다. 또한 제안된 도전성 접착제는 14MPa 이상의 전단 강도를 가지며, 우수한 내열성, 내후성, 내습성을 가지고; 상온에서 2개월 이상 겔화(gelation)됨이 없이 보관 가능하다.

(2) 도전성 접착제에 나노-실리카를 일정 비율로 부가함으로써, 제안된 도전성 접착제는 현저한 강화 효과와 강인성을 달성하면서 30% 향상된 결합 강도를 가진 고속 경화를 실현하였다.

(3) 구리 분말을 표면 개질 처리하고 제안된 발명에서 기술되는 범위 이내로 그 양을 제어함으로써 제안된 도전성 접착제는 2×10^-6Ω·m 이하의 체적 저항율(volume resistivity)을 가진다.

제안된 발명은 이하의 예시적인 실시예들을 통해 더 자세히 설명되나, 제안된 발명이 후술하는 특정한 실시예들로 제한되는 것은 아니다.

<실시예 1>

구리 분말 500 중량부를 달아서, 무수 에탄올(absolute ethanol)에 용해된 KH550 실란 결합제 10 중량부를 부가하여 얻어진 혼합물(blend)을 30분간 초음파 교반한 후 진공 건조기에서 건조시켜 밀봉한다.

P-페닐 디메틸 에스테르 에폭시 수지 100 중량부와, 고 메틸 에테르화 멜라민 포름알데히드 수지 100 중량부와, 폴리에테르 5 중량부와, 메틸 헥사 히드로 프탈산 무수물(methylhexahydrophthalic anhydride) 수지 경화제 60 중량부와, MY-24 경화 촉진제 5 중량부, 그리고 나노-실리카 3 중량부를 위에서 얻어진 구리 분말을 포함한 결과물에 상온에서 질소 가스 분위기에서 순차적으로 부가하여 혼합물을 얻고, 그 혼합물을 균일하게 혼합하고 진공 건조 오븐에 재치하여 공기 방울을 제거하여 P-페닐 디메틸 에스테르 에폭시 수지 도전성 접착제 A를 얻는다.

<실시예 2>

구리 분말 1,500 중량부를 달아서, 무수 에탄올(absolute ethanol)에 용해된 KH550 실란 결합제 25 중량부를 부가하여 얻어진 혼합물(blend)을 30분간 초음파 교반한 후 진공 건조기에서 건조시켜 밀봉한다.

P-페닐 디메틸 에스테르 에폭시 수지 100 중량부와, 고 메틸 에테르화 멜라민 포름알데히드 수지 130 중량부와, 폴리에테르 7 중량부와, 메틸 헥사 히드로 프탈산 무수물(methylhexahydrophthalic anhydride) 수지 경화제 75 중량부와, MY-24 경화 촉진제 4 중량부, 그리고 나노-실리카 2.5 중량부를 위에서 얻어진 구리 분말을 포함한 결과물에 상온에서 질소 가스 분위기에서 순차적으로 부가하여 혼합물을 얻고, 그 혼합물을 균일하게 혼합하고 진공 건조 오븐에 재치하여 공기 방울을 제거하여 P-페닐 디메틸 에스테르 에폭시 수지 도전성 접착제 B를 얻는다.

<실시예 3>

구리 분말 1,300 중량부를 달아서, 무수 에탄올(absolute ethanol)에 용해된 KH550 실란 결합제 17 중량부를 부가하여 얻어진 혼합물(blend)을 30분간 초음파 교반한 후 진공 건조기에서 건조시켜 밀봉한다.

P-페닐 디메틸 에스테르 에폭시 수지 100 중량부와, 고 메틸 에테르화 멜라민 포름알데히드 수지 125 중량부와, 폴리에테르 7.5 중량부와, 메틸 헥사 히드로 프탈산 무수물(methylhexahydrophthalic anhydride) 수지 경화제 80 중량부와, MY-24 경화 촉진제 3 중량부, 그리고 나노-실리카 3.5 중량부를 위에서 얻어진 구리 분말을 포함한 결과물에 상온에서 질소 가스 분위기에서 순차적으로 부가하여 혼합물을 얻고, 그 혼합물을 균일하게 혼합하고 진공 건조 오븐에 재치하여 공기 방울을 제거하여 P-페닐 디메틸 에스테르 에폭시 수지 도전성 접착제 C를 얻는다.

<실시예 4>

구리 분말 800 중량부를 달아서, 무수 에탄올(absolute ethanol)에 용해된 KH550 실란 결합제 8 중량부를 부가하여 얻어진 혼합물(blend)을 30분간 초음파 교반한 후 진공 건조기에서 건조시켜 밀봉한다.

P-페닐 디메틸 에스테르 에폭시 수지 100 중량부와, 고 메틸 에테르화 멜라민 포름알데히드 수지 90 중량부와, 폴리에테르 3.5 중량부와, 메틸 헥사 히드로 프탈산 무수물(methylhexahydrophthalic anhydride) 수지 경화제 70 중량부와, MY-24 경화 촉진제 4 중량부, 그리고 나노-실리카 2 중량부를 위에서 얻어진 구리 분말을 포함한 결과물에 상온에서 질소 가스 분위기에서 순차적으로 부가하여 혼합물을 얻고, 그 혼합물을 균일하게 혼합하고 진공 건조 오븐에 재치하여 공기 방울을 제거하여 P-페닐 디메틸 에스테르 에폭시 수지 도전성 접착제 D를 얻는다.

<실시예 5>

구리 분말 1,000 중량부를 달아서, 무수 에탄올(absolute ethanol)에 용해된 KH550 실란 결합제 20 중량부를 부가하여 얻어진 혼합물(blend)을 30분간 초음파 교반한 후 진공 건조기에서 건조시켜 밀봉한다.

P-페닐 디메틸 에스테르 에폭시 수지 100 중량부와, 고 메틸 에테르화 멜라민 포름알데히드 수지 140 중량부와, 폴리에테르 9 중량부와, 메틸 헥사 히드로 프탈산 무수물(methylhexahydrophthalic anhydride) 수지 경화제 90 중량부와, MY-24 경화 촉진제 6 중량부, 그리고 나노-실리카 3 중량부를 위에서 얻어진 구리 분말을 포함한 결과물에 상온에서 질소 가스 분위기에서 순차적으로 부가하여 혼합물을 얻고, 그 혼합물을 균일하게 혼합하고 진공 건조 오븐에 재치하여 공기 방울을 제거하여 P-페닐 디메틸 에스테르 에폭시 수지 도전성 접착제 E를 얻는다.

<비교예 1>

P-페닐 디메틸 에스테르 에폭시 수지 도전성 접착제 X는 실시예 1과 동일하지만, 단지 메틸 헥사 히드로 프탈산 무수물과 MY-24 경화 촉진제 대신에 저분자 폴리 아미드(low molecular polyamide)를 사용하고, 고 메틸 에테르화 멜라민 포름알데히드 수지와 폴리에테르를 사용하지 않는 방법으로 제조되었다.

<비교예 2>

P-페닐 디메틸 에스테르 에폭시 수지 도전성 접착제 Y는 실시예 1과 동일하지만, 단지 나노-실리카를 사용하지 않는 방법으로 제조되었다.

<비교예 3>

P-페닐 디메틸 에스테르 에폭시 수지 도전성 접착제 Z는 실시예 1과 동일한 방법이지만, 단지 나노-실리카를 5 중량부 사용하여 제조되었다.

<시험 방법>

(1) 체적 저항 : GB/T1410-2006 에 따라 시험함

(2) 전단 강도 : GB/T7124-2008에 따라, 접착된 철판을 20분 동안 대기 중에 상온에서 방치하여 시험하였다.

(3) 보관 안정도 : 얻어진 도전성 접착제는 5mL 투명한 시린지에 패키지되어 상온에서 2개월 동안 보관된 후 겔화(gelation), 박리(delamination), 침적(precipitation) 여부를 시각적으로 검사하였다.

(4) 경화 시간 : P-페닐 디메틸 에스테르 에폭시 수지 도전성 접착제가 안정적인 체적 저항율과 안정적인 접착 강도를 달성하는데 요구되는 시간 간격이다.

결과는 아래 표 1에 제시된다.

도전성 접착제	경화 시간 (분)	체적 저항율 (Ω·m)	전단 강도 (MPa)	보관 안정도 (25℃，2개월)
A	13	1.5Х10^-6Ω·m	15.3	겔화 없음. 박리 없음 ,침적 없음
B	11	1.0Х10^-6Ω·m	14.9	겔화 없음. 박리 없음 ,침적 없음
C	8	1.2Х10^-6Ω·m	14.7	겔화 없음. 박리 없음 ,침적 없음
D	14	1.4Х10^-6Ω·m	14.1	겔화 없음. 박리 없음 ,침적 없음
E	4	1.2Х10^-6Ω·m	15.6	겔화 없음. 박리 없음 ,침적 없음
X	700	2.3Х10^-6Ω·m	13.6	겔화, 침적 발생
Y	16	1.4Х10^-6Ω·m	10	겔화 없음. 박리 없음 ,침적 없음
Z	15	1.7Х10^-6Ω·m	11.4	겔화 없음. 박리 없음 ,침적 없음

I

표 1에서 제안된 발명에 따른 경화 시스템을 채택한 도전성 접착제가 제안된 발명에 따른 경화 시스템을 채택하지 않은 도전성 접착제에 비해 상온에서 15분 이하로 고속으로 경화되고, 개선된 전단 강도 및 개선된 보관 안정도를 보이는 것을 알 수 있다; 추가적으로, 도전성 접착제 X-Z와 비교하여, 제안된 발명에 따른 도전성 접착제들은 열화(deterioration) 없이 실질적으로 동일한 수준의 체적 저항율을 가진다.

전술한 것은 제안된 발명의 실시예들일 뿐이며, 주지된 특정한 구조와 특징은 여기서 기술되지 않았다. 당업자는 제안된 발명의 사상을 벗어남이 없이 많은 변경과 변형을 할 수 있다는 것이 인지되어야 하며, 그러한 변경과 변형이 제안된 발명의 보호 범위로 간주되어야 하고, 제안된 발명의 구현 효과와 특허의 실용성에는 영향을 미치지 않는다. 제안된 출원에 의해 청구된 보호 범위는 청구범위의 내용에 기초하여야 하며, 상세한 설명에서 인용된 것과 같은 특정한 실시예들은 그 청구범위들의 내용을 설명하는데 사용될 수 있다.

Claims

중량부로 P-페닐 디메틸 에스테르 에폭시 수지 100, 고 메틸 에테르화 멜라민 포름알데히드 수지 50-150, 폴리에테르 2-10, P-페닐 디메틸 에스테르 에폭시 수지 경화제 50-90, 경화 촉진제 3-6, 구리 분말 200-1600, 그리고 나노-실리카 2-4로 주로 구성되고,
상기 구리 분말이 실란 결합제에 의해 표면 개질되고, 그리고 상온에서 20분 이내에 경화될 수 있는 상온 고속 경화형 도전성 접착제.
제 1 항에 있어서, P-페닐 디메틸 에스테르 에폭시 수지 : P-페닐 디메틸 에스테르 에폭시 수지 경화제 : 경화 촉진제의 중량비는 40-50 :30-40 :1-2 범위인 상온 고속 경화형 도전성 접착제.
제 1 항에 있어서, 도전성 접착제는 상온에서 2개월 혹은 그 이상의 기간 동안 안정적으로 저장 가능한 상온 고속 경화형 도전성 접착제.
제 1 항에 있어서, 도전성 접착제는 전단 강도가 14MPa 이상인 상온 고속 경화형 도전성 접착제.
청구항 1에 있어서, 도전성 접착제는 체적 저항율(volume resistivity)이 2×10^-6Ω·m 이하인 상온 고속 경화형 도전성 접착제.