ICA 접속저항의 신뢰성 증진

 

 

ICA의 신뢰성 측면에서 가장 심각하게 거론되는 요소 중 하나는 ICA와 접속될 소자사이의 접촉저항이 높은 온도와 습도 조건에서 급격하게 증가한다는 것입니다. 미국의 NCMS(National Center of Manufacturing and Science)는 솔더용 전도성 접착제는 온도 85℃/상대습도 85%에서 500시간 지난 후 접촉저항의 증가가 20% 이내이어야 한다는 기준을 제시한 바 있으나, 현재 상업화된 ICA의 경우 이 기준을 맞출 수 있는 경우는 거의 없는것으로 알려져 있습니다. 이에 전기적 접속신뢰성을 증가시킬 수 있는 방법에 대하여 다음과 같은 몇가지 방법들에 대하여 검토해 보겠습니다.

[불안정 접촉 저항에 대한 반응 기구]
일반적으로 불안정한 접촉 저항 현상에 대하여 반응 메커니즘으로는 금속 표면에서의 산화와 부식반응이 주된것으로 알려져 있습니다. 이중에서 전기화학적 부식반응이 ICA와 회로소자 사이의 접속저항에 보다 근본적인 영향을 미치는 것으로 연구결과가 나왔습니다. 이를보면 높은 온도와 습도조건에서 소자쪽의 비금속은 음극으로 작용하여 산화되면서 금속 이온을 생성시키며, ICA의 귀금속 성분은 양극으로 작용하여 주변의 수분으로부터 OH- 이온을 형성시킵니다. 두전극에서 각각 형성된 금속이온과 OH- 이온이 결합되면서부터 금속산화물 또는 금속수산화물이 형성, 계면에 침적되는 결과가 얻어지게 되고, 그결과 계면에서의 전기저항이 급격히 증가하게 됩니다. 이러한 전기화학적 부식반응은 습기가 높은 조건에서 일어나며, 전해질이 반드시 필요하며, 산소가 반응을 촉진시키며, 서로 다른종류의 금속성분의 존재가 필요하다는 점에서 다음과 같은 해결책을 생각해 볼 수가 있습니다.

[수분 흡수율]
고분자 복합체에서 수분의 존재는 기계적 그리고 전기적 물성에 악영향을 준다는 점은 알려진 사실입니다. 전도성 접착제에 수분이 많이 흡착되면 계면접착력을 저하시켜 계면박리가 일어나고 이에따른 접착부위에서의 미세 공극형성으로 기계적 안정성이 파괴되며, 이와함께 부식반응에의한 금속 산화물층의 형성으로 전기적 물성의 열화현상을 초래합니다. 기계적 물성의 열화를 말하지 않더라도 접촉저항 증가의 주원인인 전기화학적 부식반응을 가급적 억제하려면 ICA의 고분자 매질성분을 수분 흡수율이 매우 낮은것으로 선정하여야 합니다.

[산소]
산소 분자의 존재는 전기화학적 부식반응을 촉진시키고 이에따른 접촉저항의 급격한 증가가 초래됩니다. 그러므로 이를 억제하고자 산소제거제를 전도성 접착제 조성물에 포함시킬 수 있습니다. 대표적인 산소제거제로는 Na2SO4와 같은 sulfate 화합물, hydrazine (H2N-NH2), carbohydrazine (H2N-NH-CO-NH-NH2), diethylhydroxylamine ((C2H5)2N-OH) 그리고 하이드로퀴논 등이 있으며, 이들을 사용하는 경우에는 접촉 저항 증가가 현격히 둔화된다고 알려져 있습니다. 이경우 한가지 주의할 점은 산소제거제는 접착제 조성물에 일정량만이 존재하지만 산소분자와의 반응을 통하여 계속 소모되기에 근본적으로 부식 문제를 해결할 수 있는 방법은 아닙니다.

[부식방지제]
전기화학적 부식반응을 막을 수 있는 또다른 방법으로 ICA 조성물에 부식 방지제를 첨가시킬 수 있습니다. 유기계 부식방지제는 금속 표면에 흡착하여 표면을 외부환경으로부터 격리시키는 보호막을 형성하여 부식 반응을 억제할 수 있습니다. 부식방지제는 적용하고자 하는 금속성분에 따라서 효율성이 크게 변화하므로 알맞은 성분을 미리 준비하여 사용하는 것이 중요합니다.

[희생음전극]
접촉저항의 안정성을 확보하기 위하여 희생전극을 사용하는 방법도 효과적인 방법 중의 하나입니다. 일반적으로 음극과 양극을 구성하는 성분 사이의 상대적인 전기화학적 전위차가 클수록, 부식 반응이 빨리 일어날수가 있습니다. 그리고 전위차가 낮은 금속일수록 부식이 빨리 진행되며 접촉저항도 증가하게 됩니다. 그러므로 전도성 접착제에 사용되는 금속입자보다 전위차가 더 낮은 금속성분을 희생전극으로 사용하면 전기적 접속을 구성하여야 하는 전도성 입자의 표면을 부식 반응으로부터 보호할 수 있습니다.

[산화막 침투 입자]
접촉저항 안정성을 높이는 또다른 방법은 ICA 조성물에 뾰족한 돌기나 날카로운 모서리를지닌 전도성 입자를 첨가하는 것입니다. 이러한 형태의 전도성 입자는 압력이 가해지면 금속입자 표면에 형성된 산화물층을 뚫고 들어가 전기적 경로를 형성시키는 역할을 하며 이때 고분자 바인더는 경화반응에 의한 수축을 통하여 산화막을 뚫는 돌기형 전도성 입자를 피착물위에 고정시켜주는 역할을 합니다.

 

 

 

 

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