고온납땜 대체 재료로서의 전도성 접착제

 

 

Ag-에폭시계는 150℃ 정도의 저온에서 실장하면서 300℃에 수십 초 유지하여도 7~8할 정도의 실온 접속강도를 유지할 수 있어 고온납땜 대체 재료로서 기대되고 있습니다.
전도성 접착제와 납땜 접속을 비교해 보면, Sn-Pb 공정납땜은 150℃에서 계속적으로 사용할 수 없으며, Sn-Ag계 솔더도 이 온도에서는 특성을 유지하기 어렵고, 100시간 이상 유지하면 강도가 급감합니다. 그러나 전도성 접착제 접속은 1,000시간이 경과해도 거의 열화가 발생하지 않습니다.
이러한 특징을 살린 것이 자동차의 엔진룸에 사용하는 일렉트로닉스이며, 엔진룸은 극한지에서는 -50℃의 저온으로부터, 혹서지에서는 150℃를 넘는 가혹한 환경에 놓여있습니다.
기본적으로 Sn계 합금은 Cu 등 금속과의 반응이 빠르고, 150℃에서는 솔더 자신의 조직을 손상시킬 뿐만 아니라 계면에 금속간 화합물이 두껍게 성장하여 강도가 열화됩니다. 이러한 조건에 견디기 위해서는 전도성 접착제가 필요합니다.
전도성 접착제는 내열성이 우수한 반면에 기계적 특성의 개선이 요망되며, 전극과의 접합강도에 문제가 있습니다. 유기계 접착제의 공통적인 문제로서, 금속과의 접합강도가 2~3kg/mm2 정도(20~30MPa)로 납땜과 비교하면 반 정도의 강도입니다. 에폭시에 나일론 등을 첨가하면 가용성과 박리강도를 개선할 수 있으나, 전도성 접착제의 기계적 성질은 에폭시수지의 중합도에 따라 좌우됩니다.
Sn 도금과의 상용성, 즉 150℃ 이상의 고온에 있어서 안정성과 고습 환경에서의 안정성도 문제입니다. 고온안정성은 Ag를 전도재로 사용하기 때문에 접촉면에서 Sn의 일방향 확산이 발생되며, 이것은 Ag/Sn 계면의 갈바닉 부식으로 이 현상은 아직 상세히 해석되지 못하고 있습니다.
– 이러한 열화현상은 첨가제에도 상당한 영향을 주며, 전기접속 재료로서 사용할 경우 접합신뢰성을 평가할 수 있는 툴의 개발이 필요합니다.
또한 전도성 발현 메커니즘과 관련된 것으로 전기저항이 높고 열전도율이 낮은 것은 개선이 요망되는 물성입니다. 이들은 특히 파워 디바이스에 사용할 경우에 필요한 것으로, 한정된 처리기간 중에 금속입자와 전극의 결합이나 금속입자 간의 결합을 강화하는 것이 중요하며, 나노기술을 이용할 필요가 있습니다.
실장성에도 문제가 있으며, 전도성 접착제의 범용성을 높이기 위해서는 리페어성, 셀프 얼라인먼트성 등에 대한 대응이 중요합니다. 또한 프로세스 문제로서 현행 실장기기를 그대로 사용할 경우 경화시간 단축, 저온화, 양면 실장에 대한 대응 등 기술개발이 요망됩니다.

 

 

 

 

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