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KR20110053058A - 도전성 복합체 및 이를 이용한 이방성 도전성 접착제 - Google Patents

도전성 복합체 및 이를 이용한 이방성 도전성 접착제 Download PDF

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KR20110053058A
KR20110053058A KR1020090109861A KR20090109861A KR20110053058A KR 20110053058 A KR20110053058 A KR 20110053058A KR 1020090109861 A KR1020090109861 A KR 1020090109861A KR 20090109861 A KR20090109861 A KR 20090109861A KR 20110053058 A KR20110053058 A KR 20110053058A
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KR
South Korea
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metal oxide
formula
polysiloxane
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composite
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김종민
김주헌
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중앙대학교 산학협력단
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Publication date
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Abstract

본 발명은 도전성 복합체 및 이를 이용한 이방성 도전성 접착제에 관한 것이다. 본 발명에는 가열시 용융 가능한 도전입자로 구성된 저융점 합금필러가 구비된다. 그리고 상기 저융점 합금필러의 융점에서 미경화상태로 되는 경화온도를 가진 고분자 매트릭스가 상기 저융점 합금필러와 혼합된다. 한편 상기 고분자 매트릭스에는 금속산화물과 결합되어 산화금속기를 형성하는 폴리실록산-금속산화물 복합체가 혼합된다. 상기 고분자 매트릭스 대신 상기 폴리실록산-금속산화물 복합체만이 사용될 수도 있다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 도전성 복합체는 도전성과 높은 방열특성을 가지므로 방열이 필요한 LED 조명용 방열패드, EMI 차폐용 필름 및 시트, PCB용 전도성 페이스트 제조 및 전자부품의 방열재료 및 차폐재료로 사용될 수 있다.
저융점 합금필러, 폴리실록산, 방열

Description

도전성 복합체 및 이를 이용한 이방성 도전성 접착제{Conductive complex and anisotropic conductive adhesive using the same}
본 발명은 도전성 복합체에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 도전성을 가지는 저융점 합금 필러에 폴리실록산 및 이를 이용한 금속산화물 복합체를 혼합하여 방열 특성 및 높은 분산 특성을 나타내는 도전성 복합체 및 이를 이용한 이방성 도전성 접착제에 관한 것이다.
전자부품의 솔더링(Soldering)을 위해 일반적으로 땜납이 널리 쓰이고 있으나, 납성분은 환경에 유해한 영향을 미치므로 이를 지양하는 방향으로 기술이 개발되고 있다.
그 일환으로서, 최근에는 납성분이 포함되지 않은 친환경적인 접착제, 보다 정확하게는 전기 도전성 접착제(electrically conductive adhesive; ECA)가 개발되어 사용되고 있다.
상기 전기 도전성 접착제는 납성분이 포함되지 않아 친환경적일 뿐 아니라, 전자기기의 고속화나 대용량화 및 소형화의 요구에 맞추어, 반도체 칩이나 디스크리트(Discrete) 부품 등의 전자부품의 고집적화나 고밀도화할 수 있는 장점이 있 다.
이와 같이 상기 도전성 접착제는 주로 고집적화된 전자부품에 사용된다. 최근 들어 컴퓨터를 비롯하여 음악, DMB, 동영상 등의 재생이 가능한 휴대용 단말기, 노트북과 같은 휴대용 컴퓨터의 개발이 가속화되고 있다. 이와 같이 소형화되고 있는 전자제품의 내부에는 반도체 소자가 실장되는데, 높은 회로의 집적도와 대용량화로 인해 제품의 사용시에 많은 열이 발생될 수 있다. 이와 같이 발생된 열은 반도체 소자의 기능을 저하시킬 뿐만 아니라 주변 소자의 오동작, 기판의 열화 등의 원인이 될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 도전성 접착제와 같은 도전성 접속제는 도전성분과 열에 의해 경화되는 접착성분을 포함하고 있다. 하지만 이와 같은 도전성 접속제에는 방열특성이 포함되지 않아 전자부품에서 발생하는 열을 효과적으로 방출시킬 수 없어 별도의 방열재료를 사용하는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 도전성과 방열특성을 가지는 도전성 복합체 및 이를 이용한 이방성 도전성 접착제를 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명에 의한 도전성 복합체는 저융점 합금필러와; 상기 저융점 합금필러의 융점에서 경화가 미완료되는 고분자 매트릭스와; 상기 고분자 매트릭스와 혼합되거나 고분자 매트릭스 대신 사용되고, 금속산화물과 결합되어 산화금속기를 형성하는 폴리실록산-금속산화물 복합체를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 폴리실록산-금속산화물 복합체의 양측 말단에 에폭시기가 더 결합된다.
상기 에폭시기는 1-싸이클로프로필-3-에테닐-1,1,3,3-테트라메틸-디실록산 (1-cyclopropyl-3-ethenyl-1,1,3,3-tetramethyl-Disiloxane); 2-(3-부텐-1-일)-2-트리메틸실릴-옥시란 (2-(3-buten-1-yl)-2-(trimethylsilyl)-Oxirane) 또는 글리시딜 메탈크릴레이트(glycidyl methacrylate)중 어느 하나이다.
상기 폴리실록산-금속산화물 복합체는 하기 화학식 3으로 표시됨을 특징으로 하는 도전성 복합체.
[화학식 3]
Figure 112009069929031-PAT00001
상기 화학식 3에서, R1, R2, R3, R4, R6, R7, R8, R9, R10은 각각 독립적으로 수소, 치환체를 가질 수 있는 탄소수 1-50인 지방족 탄화수소기, 치환체를 가질 수 있는 탄소수 6-50인 방향족 탄화수소기, 히드록시기 또는 할로겐기이고, R5는 치환체를 가질 수 있는 탄소수 1-50인 지방족 탄화수소기 또는 치환체를 가질 수 있는 탄소수 6-50인 방향족 탄화수소기가 결합되거나 결합되지 않은 -O-, -COO- 또는 -CO- 이고, l, m, n은 각각 독립적으로 1-100의 정수이다. X는 산화금속기이다.
상기 산화금속기의 금속은 구리, 철, 아연, 은, 알루미늄, 플래티넘, 망간, 코발트, 니켈, 티타늄, 납 또는 카드뮴중 어느 하나이다.
상기 화학식 3으로 표시되는 폴리실록산-금속산화물 복합체는 하기 화학식 1의 폴리실록산과 금속산화물을 배위결합하여 제조됨을 특징으로 하는 도전성 복합체.
[화학식 1]
Figure 112009069929031-PAT00002
상기 화학식 1에서, R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8, R9, R10, l, m, n은 상기 화학식 3에 기재한 바와 같다.
상기 화학식 1의 폴리실록산은 하기 화학식 2의 화합물과 R5NR9R10 을 반응시켜 제조됨을 특징으로 하는 도전성 복합체.
[화학식 2]
Figure 112009069929031-PAT00003
상기 화학식 2에서, R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8, R9, R10, l, m, n은 상기 화학식 3에 기재한 바와 같다.
상기 도전성 접착제에는 플럭스, 표면 활성제 및 경화제 중 적어도 1개 이상이 첨가됨을 특징으로 하는 도전성 복합체.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 위의 설명에 따른 도전성 복합체로 페이스트가 만들어진다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 위의 설명에 따른 도전성 복합체로 필름이 만들어진다.
본 발명의 또 다른 특징에 따른 이방성 도전성 접착제는 고분자 매트릭스로 구성되는 적어도 하나 이상의 접착층과, 방열특성을 가지는 폴리실록산-금속산화물 복합체만으로 또는 폴리실록산-금속산화물 복합체와 고분자 매트릭스가 혼합되어 구성되는 적어도 하나 이상의 방열층으로 구성되고, 상기 접착층과 방열층중 적어도 어느 일측에 저융점 합금필러가 포함될 수 있는데, 상기 고분자 매트릭스는 상기 저융점 합금필러의 융점에서 경화가 미완료됨을 특징으로 한다.
상기 접착층과 방열층이 교대로 적층된다.
상기 폴리실록산-금속산화물 복합체의 양측 말단에는 에폭시기가 더 포함된다.
상기 에폭시기는 1-싸이클로프로필-3-에테닐-1,1,3,3-테트라메틸-디실록산 (1-cyclopropyl-3-ethenyl-1,1,3,3-tetramethyl-Disiloxane); 2-(3-부텐-1-일)-2-트리메틸실릴-옥시란 (2-(3-buten-1-yl)-2-(trimethylsilyl)-Oxirane) 또는 글리시딜 메탈크릴레이트(glycidyl methacrylate)중 어느 하나 이다.
상기 폴리실록산-금속산화물 복합체는 하기 화학식 3으로 표시된다.
[화학식 3]
Figure 112009069929031-PAT00004
상기 화학식 3에서, R1, R2, R3, R4, R6, R7, R8, R9, R10은 각각 독립적으로 수소, 치환체를 가질 수 있는 탄소수 1-50인 지방족 탄화수소기, 치환체를 가질 수 있는 탄소수 6-50인 방향족 탄화수소기, 히드록시기 또는 할로겐기이고, R5는 치환체를 가질 수 있는 탄소수 1-50인 지방족 탄화수소기 또는 치환체를 가질 수 있는 탄소수 6-50인 방향족 탄화수소기가 결합되거나 결합되지 않은 -O-, -COO- 또는 -CO- 이고, l, m, n은 각각 독립적으로 1-100의 정수이다. X는 산화금속기이다.
본 발명에서는 도전성을 띠는 저융점 합금필러와 높은 방열특성을 가지는 폴리실록산-금속산화물 복합체를 혼합한 도전성 복합체를 제공한다. 이와 같이 본 발명에 의한 도전성 복합체는 도전성과 높은 방열특성을 가지므로 방열이 필요한 LED 조명용 방열패드, EMI 차폐용 필름 및 시트, PCB용 전도성 페이스트 제조 및 전자부품의 방열재료 및 차폐재료로 사용될 수 있다.
이하 본 발명에 의한 도전성 복합체 및 이를 이용한 이방성 도전성 접착제의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
우선 도전성 접착제에 대해 간단히 설명하면, 도전성 접착제는 고분자 매트릭스(Polymer matrix)와 도전성 입자(Conductive particle)로 구성되고, 비교적 낮은 온도에서 경화되어 경화수축에 의한 도전입자의 물리적/기계적 접촉에 의해 도전되는 특성을 가진다. 이때 상기 도전성 입자는 실질적으로 전기 전도를 가능하게 하는 부분이고, 고분자 매트릭스는 전자 부품을 회로기판 등에 물리적으로 고정되도록 하는 역할을 한다. 상기 도전성 접착제로는 모든 방향에 대해서 도전성을 가진 등방성 도전성 접착제와, 수평방향으로는 절연성을 가지고 수직방향으로는 도전성을 가지는 이방성 도전성 접착제가 있다. 특히 이방성 도전성 접착제는 반도체와 같은 전자부품, 예를 들어 LCD, PDP, EL 등의 평판표시소자의 실장에 사용된다.
이때 전기 도전성 접착제 내부의 도전성 입자는 고분자 매트릭스가 경화됨에 따라 수축되어 고분자 매트릭스 내에서 통전로를 형성하게 되고, 결과적으로 전자부품의 범프와 회로기판의 랜드 사이가 상기 통전로에 의해 전기적으로 연결된다.
위에서 설명한 도전성 접착제는 도전이 도전성 입자 및/또는 단자 간의 물리적 밀착상태에 의해 이루어지기 때문에 일반적인 솔더링의 화학적인 결합상태에 비해 전기적 특성이 불안하다. 따라서 이를 해결하기 위해 본 발명에 의한 도전성 복합체에는 저융점 합금필러가 포함된다. 상기 저융점 합금필러는 고분자 매트릭스가 경화완료되지 않은 상태에서 용융이 가능한 도전입자를 말하는 것으로서, 상기 저융점 합금필러는 단자간의 금속학적 결합을 형성하여 안정적인 접촉저항과 뛰어난 전기적, 열적 특성을 가지고 높은 충격강도와 접합강도를 가질 수 있다.
상기 저융점 합금필러는 융점이 비교적 낮은 합금으로 형성되는데, 구체적으로 주석(Sn), 인듐(In), 비스무트(Bi), 구리(Cu), 아연(Zn), 납(Pb), 카드뮴(Cd), 갈륨(Ga), 은(Ag), 탈륨(Tl) 등의 금속으로 이루어지는 합금을 들 수 있다.
상기 저융점 합금필러는 크게 63Sn-37Pb의 융점인 183℃에 비해 융점이 낮은 금속 및 합금과 융점 183℃에 비해 융점이 높은 금속 및 합금으로 형성되는데, 전자로는 예를 들어 Ga, In, Sn-52In, Sn-57Bi, In-3Ag, In-34Bi, Bi-45Sn-0.33Ag, Sn-57Bi-1Ag, Sn-6Zn-6Bi (모두 조성비)나 표 1에 나타내는 금속이나 합금 등을 들 수 있다. 또 표 1에는 각 금속 및 각 합금의 융점도 함께 나타내고 있다.
금속 (조성비) 융점(℃)
Sn Bi In Cd Ga Zn Tl
　 　 24 　 76 　 　 16
8 　 　 　 92 　 　 20
　 　 　 　 95 5 　 25
　 　 　 　 100 　 　 29.8
16 33 51 　 　 　 　 61
　 34 66 　 　 　 　 72.4
17 57 26 　 　 　 　 79
42 　 44 14 　 　 　 93
26 53.5 　 20.5 　 　 　 103
48 　 52 　 　 　 　 117
　 　 75 25 　 　 　 127.7
43 57 　 　 　 　 　 139
　 62 　 38 　 　 　 144
　 　 100 　 　 　 　 156.4
57 　 　 　 　 　 43 170
67 　 　 33 　 　 　 176
후자로는 예를 들어 Sn, Bi, Tl, Sn-3.5Ag, Sn-3Ag-0.5Cu (모두 조성비)나 표 2에 나타내는 금속이나 합금 등을 들 수 있다. 또 표 2에는 각 금속 및 각 합금의 융점도 함께 나타내고 있다.
금속 (조성비) 융점(℃)
Sn Bi In Zn Ag Cu Sb Ge
91 　 　 9 　 　 　 　 199
93 0.5 3 　 3.5 　 　 　 215
92 5 　 　 3 　 　 　 216
95.75 　 　 　 3.5 0.75 　 　 218
94 3 　 　 3 　 　 　 218
96.5 　 　 　 3 0.5 　 　 220
96.5 　 　 　 3.5 　 　 　 221
99.3 　 　 　 　 0.7 　 　 227
65 　 　 　 25 　 10 　 233
92.7 3 　 　 3.2 1.1 　 　 240
77.2 　 20 　 2.8 　 　 　 175-186
89 3 　 8 　 　 　 　 189-199
90.5 7.5 　 　 2 　 　 　 190-216
90.8 5 　 　 3.5 0.7 　 　 198-213
91.8 4.8 　 　 3.4 　 　 　 200-216
93.4 4 　 　 2 0.5 　 0.1 202-217
94.25 3 　 　 2 0.75 　 　 205-217
93.5 3 　 　 3.5 　 　 　 208-217
96.3 　 　 　 3.2 0.5 　 　 217-218
95.5 　 　 　 4 0.5 　 　 217-219
97.25 　 　 　 2 0.75 　 　 217-219
95.5 　 　 　 3.8 0.7 　 　 217-220
95 　 　 　 4 1 　 　 217-220
93.6 　 　 　 4.7 1.7 　 　 217-220
96.2 　 　 　 2.5 0.8 0.5 　 217-225
95.5 　 　 　 0.5 4 　 　 217-350
98 　 　 　 2 　 　 　 221-226
97 　 　 　 0.2 2 0.8 　 226-228
95 　 　 　 　 　 5 　 232-240
상기 저융점 합금필러는 상기 도전성 복합체 중에서 10% 내지 60%, 바람직하게는 대략 40%의 체적비를 가진다. 이는 상기 저융점 합금필러의 체적비가 10% 미만이면 고분자 매트릭스 내에서 전기적 도통이 되지 않아 오픈될 가능성이 있고, 60%를 초과하는 경우에는 저융점 합금필러가 과밀하게 배치되어 저융점 합금필러와 고분자 매트릭스의 혼합상태가 불균일해지고 인접단자와 쇼트가 발생할 가능성이 있기 때문이다. 물론 상기 저융점 합금필러(32)는 상술한 범위에 한정되는 것은 아니고, 전자제품과 기판 사이의 초기 거리를 조절함으로써 도전성 접착제(30) 중에 10% 미만 또는 60% 이상의 체적비를 가질 수도 있다.
이상에서 설명한 저융점 합금필러 및 전극단자의 표면상에 형성된 산화막을 제거하기 위해서는 플럭스(flux)가 투입될 수 있다. 상기 플럭스(flux)는 예를 들어 수지, 무기산, 아민, 유기산 등의 환원제로서, 용융된 도전성 입자의 표면의 산화물 등의 표면 이물을 환원함으로써 가용성 또는 가융성 화합물로 바꾸어 제거하는 역할을 한다. 또한 표면 이물이 제거되어 청정해진 상기 도전성 입자의 표면을 피복하여 다시 산화되는 것을 방지한다.
상기 플럭스는 도전성 입자의 융점보다도 높고, 또한 단자를 서로 접합하기 위해 실시하는 가열 처리시의 최고 온도보다도 낮은 비등점을 갖고 있는 것이 바람직하다. 상기 도전성 복합체 중 플럭스의 함유율은 3 ~ 20중량%인 것이 바람직하고, 3 ~ 10중량%인 것이 더 바람직하다. 여기서, 플럭스의 함유율이 20중량% 를 초과하면 보이드가 발생하기 쉽고, 접합부에서의 접합 특성이 저하하는 원인이 되어 바람직하지 않고, 3중량%이하가 되면, 도전성입자의 표면, 랜드나 단자의 표면이나 전극패드 표면의 산화물 등의 표면 이물 환원능력이 떨어져 잔류 산화막에 의한 접합부의 접합특성이 저하되는 원인이 된다.
이상에서 설명한 바와 같이 상기 저융점 합금필러의 표면에 형성된 산화막을 제거하기 위해서 플럭스가 사용될 수도 있다. 또한 본 발명에서는 저융점 합금필러의 표면에 형성된 산화막을 제거하기 위해 폴리실록산을 저융점 합금필러에 혼합하는 것을 포함한다. 이와 같이 상기 저융점 합금필러에 폴리실록산을 혼합시키면 도전성 복합체의 환원특성이 강화될 수 있다.
그리고 본 발명에서 상기 고분자 매트릭스와 혼합되는 폴리실록산으로 하기 화학식 1로 표시되는 폴리실록산이 제공된다.
[화학식 1]
Figure 112009069929031-PAT00005
상기 화학식 1에서, R1, R2, R3, R4, R6, R7, R8, R9, R10은 각각 독립적으로 수소, 치환체를 가질 수 있는 탄소수 1-50인 지방족 탄화수소기, 치환체를 가질 수 있는 탄소수 6-50인 방향족 탄화수소기, 히드록시기 또는 할로겐기이고, R5는 치환체를 가질 수 있는 탄소수 1-50인 지방족 탄화수소기 또는 치환체를 가질 수 있는 탄소수 6-50인 방향족 탄화수소기가 결합되거나 결합되지 않은 -O-, -COO- 또는 -CO- 이고, l, m, n은 각각 독립적으로 1-100의 정수이다.
또한 상기 화학식 1에서 R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8, R9, R10 중 적어도 하나는 하나 이상의 이중결합을 포함하는 탄소수 1-50인 지방족 탄화수소기에서 선택되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 화학식 1에 포함되는 간단한 화합물의 예로는 R1, R8이 수소, R2, R3, R4, R6, R9, R10 은 메틸기, R7 은 비닐기인 화합물을 들 수 있다. 이 외에도 R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8, R9, R10 중 적어도 하나가 비닐기를 포함하며, 나머지는 메틸, 에틸, 부틸, 페닐 등 다양한 작용기를 가지는 화합물 모두가 여기에 포함될 수 있다.
이상에서 설명한 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 무기충진제와의 친화성을 높일 수 있어 산화금속과 배위결합을 형성할 경우 높은 방열특성 및 분산특성을 가질 수 있는 이점이 있다.
그리고 상기 화학식 1로 표시되는 폴리실록산은 하기 화학식 2의 화합물과 아마이드기를 가지는 R5NR9R10을 반응시켜 제조할 수 있다.
[화학식 2]
Figure 112009069929031-PAT00006
상기 화학식 2에서, R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8, R9, R10, l, m, n은 상기 화학식 1에 기재한 바와 같다.
상기 화학식 2로 표시되는 폴리실록산 공중합체 화합물은 다양한 실록산 단량체와, 이중결합이 도입된 실록산 단량체 등을 단위체로 하고, 예를 들어, TMAS(테트라메틸암모늄실록산올레이트)와 같은 촉매를 이용하여 약 90℃ 질소분위기 하에서 2 ~ 4시간 반응시켜 얻을 수 있다.
상기 화학식 1을 제조하기 위한 반응은 폴리실록산의 Si-H 결합에 부가반응을 이용하는 것으로, 강한 전기음성도를 가지는 아마이드결합을 도입하기 위한 것이다. 보다 구체적으로, 화학식 2 화합물에서의 Si-H 결합의 정량적 수치에 상응하는 아마이드 화합물을 실리콘 첨가 전용인 백금계 촉매의 존재하에 약 80-95℃, 바람직하게는 약 90℃ 에서 1-10시간, 바람직하게는 3-5시간 동안 반응시키고, 반응생성물을 감압처리하여 미반응물을 제거하는 과정을 통해 아마이드기가 도입된 폴리실록산을 제조할 수 있다. 이에 의해 얻어지는 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 보다 안정적으로 산화금속과의 결합을 유지하는 것이 가능하다. 따라서 화학식 1의 화합물에 금속산화물이 결합된 후에 보다 높은 방열특성 및 분산특성을 가질 수 있게 된다.
다음으로 본 발명에서 고분자 매트릭스는 바람직하게 하기 화학식 3으로 표시되는 폴리실록산-금속산화물 복합체와 혼합된다.
[화학식 3]
Figure 112009069929031-PAT00007
상기 화학식 3에서 R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8, R9, R10, l, m, n은 상기 화학식 1 및 2에 기재한 바와 같으며, X는 산화금속기(메탈옥사이드)이다.
상기 화학식 3으로 표시되는 화합물은 고분자 매트릭스와 혼합되어 도전성 복합체가 보다 강력한 방열특성을 가지도록 한다. 그리고 이는 상기 화학식 1로 표시되는 고분자 폴리실록산과 산화금속의 배위결합을 통해 얻어질 수 있다. 이 반응은 화학식 1로 표시되는 폴리실록산에 과량의 금속산화물을 가하고, 상온에서 500-3,000 rpm으로 10-30시간 동안 교반한 다음, 반응생성물을 톨루엔과 같은 유기용매에 용해시켜 원심분리기 및 필터를 이용한 여과를 통해 미반응 금속산화물을 제거하는 과정을 통해 수행될 수 있다.
이와 같은 과정을 통해 얻어지는 폴리실록산-금속산화물 복합체는 높은 방열특성 및 분산특성을 가지므로 고분자 매트릭스와 함께 혼합되어 도전성 복합체가 보다 높은 방열특성 및 분산특성을 가질 수 있도록 한다. 만약에 방열특성을 위해 금속을 직접 폴리실록산에 결합시키게 되면 전자제품에 사용시에 단락이 일어날 수 있다. 따라서 본 실시예에서는 금속산화물이 배위결합을 통해 폴리실록산에 결합되도록 하여 이를 방지하였다.
한편 상기 화학식 3으로 표시되는 화합물의 산화금속기의 금속은 다양한 금속에서 선택되어질 수 있으며, 예를 들어, 구리, 철, 아연, 은, 알루미늄, 플래티넘, 망간, 코발트, 니켈, 티타늄, 납 또는 카드뮴 등이 선택될 수 있다.
또한 이상에서 설명한 도전성 복합체를 이용하여 제조되는 페이스트 및 필름은 도전성과 높은 방열특성을 가지므로 방열이 필요한 LED 조명용 방열패드, EMI 차폐용 필름 및 시트, PCB용 전도성 페이스트 제조 및 전자부품의 방열재료 및 차폐재료로 사용될 수 있다.
참고로 본 발명에서는 폴리실록산 및 이를 포함하는 폴리실록산-금속산화물 복합체가 고분자 매트릭스와 함께 혼합되는 과정에서 화학적 결합이 잘 이루어지도록 하기 위해 폴리실록산의 말단에 에폭시기가 결합된다. 예를 들면, 상기 화학식 3의 R1과 R8 이 에폭시기를 포함하고 있으면 된다.
구체적으로 설명하면, 상기 폴리실록산-금속산화물은 체적비가 0-30%일 때에는 첨가물과 같이 혼합이 가능하나 그 이상이 될 때에는 상기 고분자 매트릭스와 섞이지 않기 때문에 위에서 설명한 바와 같이, 폴리실록산-금속산화물에서 R1과 R8 에 에폭시기를 붙힌 형태로 혼합시키는 것이 바람직하다. 상기 에폭시기는 상기 폴리실록산의 말단에 결합되어 폴리실록산과 저융점 합금필러의 융화성(Compatibility)을 향상시키게 된다.
여기에서 결합되는 에폭시기를 가진 단량체는 1-싸이클로프로필-3-에테닐-1,1,3,3-테트라메틸-디실록산 (1-cyclopropyl-3-ethenyl-1,1,3,3-tetramethyl-Disiloxane); 2-(3-부텐-1-일)-2-트리메틸실릴-옥시란 (2-(3-buten-1-yl)-2-(trimethylsilyl)-Oxirane) 또는 글리시딜 메탈크릴레이트(glycidyl methacrylate)중 어느 하나이다. 물론 상기에서 나열한 단량체 이외에도 에폭시기를 가진 단량체가 적용될 수 있음은 물론이다. 이와 같은 에폭시기를 가진 단량체가 폴리실록산의 말단에 결합된 상태로 저융점 합금필러와 혼합되면 양자의 융화성이 향상되어 폴리실록산과 저융점 합금필러의 화학적 결합이 잘 이루어질 수 있다.
한편, 위의 설명에서 상기 폴리실록산-금속산화물 복합체를 고분자 매트릭스에 혼합하여 본 발명의 도전성 접착제를 만들었으나, 반드시 그러할 필요는 없다. 상기 폴리실록산-금속산화물 복합체는 그 자체로서 고분자 매트릭스의 특성을 가지므로, 별도의 고분자 매트릭스와 혼합하지 않고, 고분자 매트릭스 대신에 폴리실록산-금속산화물 복합체만을 사용하여 본 발명의 도전성 복합체를 만들 수 있다. 이 경우에도 위에서 설명한 바와 같이 폴리실록산-금속산화물 복합체에 에폭시기를 포함하도록 하여야 한다.
참고로, 상기 고분자 매트릭스의 종류를 살펴본다. 상기 고분자 매트릭스로는 열가소성 수지, 열경화성 수지 및 광경화성 수지로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상일 수 있다.
여기서 열가소성 수지로는 초산비닐계수지, 폴리비닐 부티날계 수지, 염화 비닐계 수지, 스틸렌계 수지, 비닐 메틸 에테르계 수지, 그리브틸 수지, 에틸렌-초산비닐 공중합계 수지, 스틸렌-부타디엔 공중합계 수지, 폴리 부타디엔 수지 및 폴리비닐 알코올계 수지 등을 들 수 있다.
열경화성 수지로서는, 에폭시계 수지, 우레탄계 수지, 아크릴계 수지, 실리콘계 수지, 페놀계 수지, 멜라민계 수지, 알키드계 수지, 요소수지 및 불포화 폴리에스테르 수지등을 사용할 수 있다.
이상에서 설명한 도전성 복합체는 도전성 입자인 저융점 합금필러와 방열재료인 폴리실록산-금속산화물 복합체가 혼합되어 있는 형태였다. 하지만 이와 같은 형태의 도전성 복합체를 이용하여 이방성 도전성 접착제의 구성도 가능하다.
구체적으로 설명하면, 본 발명에 의한 이방성 도전성 접착제는 적어도 하나 이상의 접착층과 적어도 하나 이상의 방열층으로 구성되는데, 상기 접착층은 고분자 매트릭스로 구성되고, 상기 방열층은 방열특성을 가지는 폴리실록산-금속산화물 복합체만으로 또는 폴리실록산-금속산화물 복합체와 고분자 매트릭스가 혼합되어 구성될 수 있다.
그리고, 상기 접착층과 방열층중 적어도 어느 일측에 저융점 합금필러가 포함되면 된다. 여기서 상기 접착층과 방열층은 다수개가 교대로 적층되는 형태가 될 수 있다.
참고로 상기 도전성 복합체에는 저융점 합금필러, 폴리실록산 및 플럭스 이외의 물질로서 표면 활성제, 경화제 등이 함유될 수 있다.
상기 표면 활성제는 예를 들어 i)에틸렌글리콜이나 글리세린 등의 글리콜, ii) 말레산이나 아디프산 등의 유기산, iii) 아민, 아미노산, 아민의 유기산염, 아민의 할로겐염 등의 아민계 화합물 또는 ⅳ) 무기산이나 무기산염 등이고, 용융한 도전성 입자의 표면, 단자의 표면의 산화물 등의 이물을 용해하여 제거하는 역할을 한다.
상기 표면 활성제는 도전성 입자의 융점보다도 높은 비등점을 갖고, 또한 단자 사이를 접합하기 위해 실시하는 가열 처리시의 최고 온도보다도 낮은 온도에서 증발하는 것이 바람직하다. 상기 도전성 복합체 중 표면 활성제의 함유율은 3 ~ 20중량%인 것이 바람직하고, 3 ~ 10중량%인 것이 더 바람직하다. 여기서 상기 표면활성제가 3중량%이하가 되면 도전성입자의 표면, 랜드의 표면, 전극패드의 표면의 산화물 등의 표면 이물제거 능력이 떨어져 접합부의 접합특성이 저하되는 원인이 되고, 20중량%를 초과하면 보이드가 발생하기 쉽고, 접합부에서의 접합특성이 저하되는 원인이 된다.
그리고 상기 경화제는 도전성 복합체에 포함된 고분자 매트릭스의 경화를 촉진하는 것으로, Diaminodiphenyl sulfone(DDS) 등이 있다. 경화제도 도전성 복합체 중의 함유율이 위에서 설명한 표면 활성제의 그것과 동일하게 되는 것이 좋다.
본 발명의 권리범위는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.

Claims (15)

  1. 저융점 합금필러와;
    상기 저융점 합금필러의 융점에서 경화가 미완료되는 고분자 매트릭스와;
    상기 고분자 매트릭스와 혼합되거나 고분자 매트릭스 대신 사용되고, 금속산화물과 결합되어 산화금속기를 형성하는 폴리실록산-금속산화물 복합체를 포함하는 것을 특징으로 하는 도전성 복합체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 폴리실록산-금속산화물 복합체의 양측 말단에 에폭시기가 더 결합됨을 특징으로 하는 도전성 복합체.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 에폭시기는 1-싸이클로프로필-3-에테닐-1,1,3,3-테트라메틸-디실록산 (1-cyclopropyl-3-ethenyl-1,1,3,3-tetramethyl-Disiloxane); 2-(3-부텐-1-일)-2-트리메틸실릴-옥시란 (2-(3-buten-1-yl)-2-(trimethylsilyl)-Oxirane) 또는 글리시딜 메탈크릴레이트(glycidyl methacrylate)중 어느 하나 임을 특징으로 하는 도전성 복합체.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 폴리실록산-금속산화물 복합체는 하기 화학식 3으로 표시됨을 특징으로 하는 도전성 복합체.
    [화학식 3]
    Figure 112009069929031-PAT00008
    상기 화학식 3에서, R1, R2, R3, R4, R6, R7, R8, R9, R10은 각각 독립적으로 수소, 치환체를 가질 수 있는 탄소수 1-50인 지방족 탄화수소기, 치환체를 가질 수 있는 탄소수 6-50인 방향족 탄화수소기, 히드록시기 또는 할로겐기이고, R5는 치환체를 가질 수 있는 탄소수 1-50인 지방족 탄화수소기 또는 치환체를 가질 수 있는 탄소수 6-50인 방향족 탄화수소기가 결합되거나 결합되지 않은 -O-, -COO- 또는 -CO- 이고, l, m, n은 각각 독립적으로 1-100의 정수이다. X는 산화금속기이다.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 산화금속기의 금속은 구리, 철, 아연, 은, 알루미늄, 플래티넘, 망간, 코발트, 니켈, 티타늄, 납 또는 카드뮴중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 도전성 복합체.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 화학식 3으로 표시되는 폴리실록산-금속산화물 복합체는 하기 화학식 1의 폴리실록산과 금속산화물을 배위결합하여 제조됨을 특징으로 하는 도전성 복합체.
    [화학식 1]
    Figure 112009069929031-PAT00009
    상기 화학식 1에서, R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8, R9, R10, l, m, n은 상기 화학식 3에 기재한 바와 같다.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 화학식 1의 폴리실록산은 하기 화학식 2의 화합물과 R5NR9R10 을 반응시켜 제조됨을 특징으로 하는 도전성 복합체.
    [화학식 2]
    Figure 112009069929031-PAT00010
    상기 화학식 2에서, R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8, R9, R10, l, m, n은 상기 화학식 3에 기재한 바와 같다.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 도전성 접착제에는 플럭스, 표면 활성제 및 경화제 중 적어도 1개 이상이 첨가됨을 특징으로 하는 도전성 복합체.
  9. 상기 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 도전성 복합체로 만들어진 페이스트.
  10. 상기 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 도전성 복합체로 만들어진 필름.
  11. 고분자 매트릭스로 구성되는 적어도 하나 이상의 접착층과,
    방열특성을 가지는 폴리실록산-금속산화물 복합체만으로 또는 폴리실록산-금속산화물 복합체와 고분자 매트릭스가 혼합되어 구성되는 적어도 하나 이상의 방열층으로 구성되고,
    상기 접착층과 방열층중 적어도 어느 일측에 저융점 합금필러가 포함될 수 있는데, 상기 고분자 매트릭스는 상기 저융점 합금필러의 융점에서 경화가 미완료 됨을 특징으로 하는 이방성 도전성 접착제.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 접착층과 방열층이 교대로 적층되는 것을 특징으로 하는 이방성 도전성 접착제.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 폴리실록산-금속산화물 복합체의 양측 말단에는 에폭시기가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 이방성 도전성 접착제.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 에폭시기는 1-싸이클로프로필-3-에테닐-1,1,3,3-테트라메틸-디실록산 (1-cyclopropyl-3-ethenyl-1,1,3,3-tetramethyl-Disiloxane); 2-(3-부텐-1-일)-2-트리메틸실릴-옥시란 (2-(3-buten-1-yl)-2-(trimethylsilyl)-Oxirane) 또는 글리시딜 메탈크릴레이트(glycidyl methacrylate)중 어느 하나 임을 특징으로 하는 이방성 도전성 접착제.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 폴리실록산-금속산화물 복합체는 하기 화학식 3으로 표시됨을 특징으로 하는 이방성 도전성 접착제.
    [화학식 3]
    Figure 112009069929031-PAT00011
    상기 화학식 3에서, R1, R2, R3, R4, R6, R7, R8, R9, R10은 각각 독립적으로 수소, 치환체를 가질 수 있는 탄소수 1-50인 지방족 탄화수소기, 치환체를 가질 수 있는 탄소수 6-50인 방향족 탄화수소기, 히드록시기 또는 할로겐기이고, R5는 치환체를 가질 수 있는 탄소수 1-50인 지방족 탄화수소기 또는 치환체를 가질 수 있는 탄소수 6-50인 방향족 탄화수소기가 결합되거나 결합되지 않은 -O-, -COO- 또는 -CO- 이고, l, m, n은 각각 독립적으로 1-100의 정수이다. X는 산화금속기이다.
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