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(1) 순간 접착제
순간접착제는 작업성이 우수하여 자동차용, 정밀부품용, 가정용으로 많이 이용되고 있습니다. 자동차에서는 몰, 고무테, 전기 분야에서는 수정발진자, 자기헤드 등 정밀부품 접착용으로 사용됩니다. 특성 면에서는 내충격성, 유연성, 내열성 등의 개선이 진행되고 있으며 일반용도의 경우는 접착제 특성 자체보다도 사용하기 편리하게 하기 위한 용기의 개발 등이 이루어지고 있습니다. 섬유, 세라믹 등의 난접착 재료에 대한 적용 방법이 개선되고 있어 자동차 내장용 수요 증가가 예상됩니다.


(2) 자외선 경화형 접착제
자외선 경화형 접착제는 최근 가열 경화와 혐기 경화 등 경화 기능을 병용하는 기술이 개발되어 수요가 확대되고 있습니다. 특히 전기 전자 부품 등 생산라인의 고속화가 요구되는 분야에서 시장이 형성되고 있습니다.
용도 면에서 보면 광디스크의 접착이나 액정 표시소자 관련(패널의 주입구의 시일, 액정핀의 고정 등), 렌즈의 접착, 칩 부품의 접착, 글라스의 접착, 광섬유의 결속 등을 들 수 있으며, DVD-ROM, RAM의 경우는 편면 디스크 의 경우에도 구조상 디스크를 접합하여 제조하기 때문에 자외선 경화형 접착제가 사용되고 있습니다.
에폭시계 접착제로부터의 대체, 가시광 경화형 접착제로의 대체가 예상되고 있습니다.
자외선 경화형 접착제의 주요 원료인 모노머는 에폭시아크릴레이트와 우레탄아크릴레이트가 주체가 됩니다. 에폭시아크릴레이트는 내열성이 요구되는 용도나 경직한 피착물에 대한 접착에 사용되며, 우레탄아크릴레이트는 박리성이나 유연성이 요구되는 용도나 피착물에 사용됩니다.


(3) 전자선 경화형 접착제
전자성경화형 접착제는 고투과성을 살려 라미네이트용 접착제에의 응용이중심이며, 필름 접합, 동판의 제조, 플렉시블 프린트 배선판용 금속박 부착기판의 제조, 직물의 접착, 포장용 필름의 접착 등에 적용되고 있습니다.


(4) 가시광선 경화형 접착제
자외선 투과성이 낮은 재료나 자외선에 약한 제품, 특히 전자나 의료분야에서 유망시되며, 앞으로 적용 분야의 확대 및 광개시제의 저가격화에 따라중장기적으로는 급속한 시장확대가 예상됩니다. 가시광선 경화형 접착제는 다층 성형물에 대한 우수한 투과성과 조사 장치의 저비용화로 성장이 예상되지만 시장 규모가 작고, 비교적 가격이 높습니다.
자외선 투과성이 낮은 엔지니어링 플라스틱, 액정 표시 소자 등 자외선에약한 제품에는 자외선 경화형으로부터 대체가 추진될 것으로 예상됩니다.
용도 면에서는 액정표시소자 등의 일렉트로닉스 분야, 의료기구 등의 의료분야, 장식 유리 등이며, 태양열을 이용한 옥외 시설재료의 고정 등 건축분야에서의 전개가 검토되고 있습니다.
한편 공업용으로 개발되어 있는 가시광 경화형 접착제의 역사는 일천하며, 그 성분구성에 대해서는 정보가 거의 알려지지 않은 상태이지만 우레탄아크릴레이트와 같은 아크릴수지가 중심으로 되어 있습니다.


(5) 핫멜트 접착제
반응형 핫멜트 접착제의 원료로서는 메틸렌디페닐이소시아네이트(MDI)가많이 사용되며, MDI는 아닐린을 포름알데히드와 축합반응시켜 디아미노디페닐메탄(DADM) 및 이들 이성체의 혼합물을 얻은 다음 포스겐과 반응시켜얻는 이소시아네이트입니다. 우레탄 수지의 양단에 이소시아네이트기를 가지고있으며, 이 이소시아네이트가 목재 등에 함유된 수분과 반응하여 접착력이생깁니다. 톨루엔디이소시아네이트(TDI)나 헥사메틸렌디이소시아네이트는 그다지 사용되지 않습니다.

 

 

 

 

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Posted by 티씨씨
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상기그림에서 금속 배선 패턴이 되어있는 세라믹판을 겹쳐서 소결한 MLC(Multilayer Ceramic) 구조 위에 칩을 플립칩 기술로 연결시킨 구조를 보여줍니다. MLC의 위에 박막을 증착하여 다층배선구조를 만드는 MCM-C/D도 많이 사용됩니다. 이러한 구조는 MCM-C와 MCM-D의 유리한점들을 동시에 얻을 수 있습니다. MLC 구조는 세라믹 분말을 바인더와 혼합하여 슬러리 형태로 만들어 Tape Casting 공정을 거쳐 Green Sheet로 얻어집니다. Green Sheet를 Cutting, Punching한 후, 금속을 Screen Printing하여 배선을 형성한 후 이것들을 겹쳐서 Co-Firing하여 만들어집니다. 이렇게 만들어지는 MLC의 요구특성들을 정리하면 다음과 같습니다.

․신호 전파
․큰 칩을 수용할 수 있도록 열팽창을 실리콘에 매칭시킴
․직접 솔더본딩 된 회로
․추가 전원 배분을 위한 전기 전도성
․전원 배분 향상을 위한 열 전도성
․보다 많은 회로를 지원하기 위한 I/O 커넥션 

 

 

여러 소자 기술의 Speed vs Power

 

여러 개의 소자가 모여 있음으로 인해 MCM-C는 발생되는 열을 외부로 쉽게 방출시켜야만 하므로 기판의 열전도도를 향상시켜야 합니다. 온도가 변화하게 되면 열팽창 계수의 차이에 의한 응력이 발생됩니다. 이러한 응력은 기판과 칩간의 응력을 일어나게 하거나, 배선의 단락을 발생시키게 됩니다. 따라서 실리콘과 열팽창 계수가 유사한 기판 재료를 사용하는 것이 매우 중요합니다. 또한 MCM-C의 경박단소화를 위해서는 고집적된 회로를 구성하여야 하는데, 이러한 고집적화는 배선의 저항과 절연체의 유전율에 의한 신호 지연(Signal Delay)을 발생시키게 됩니다. 이러한 요구특성을 만족시키기 위해서 세라믹과 배선금속의 특성 및 MCM-C 회로의 설계를 개선해야합니다.
높은 칩밀도를 가진 MCM의 열방출은 특히 MCM-C의 실제적인 문제입니다. MCM-C 패키지에 인가되는 열흐름 수준은 지금 10W/cm2을 넘어서고 있으며 미래에는 50-100W/cm2에 도달할 것입니다. 이러한 열의 제거가 원활하지 못할 경우에 나타나는 예를 살펴보면, MOSFET에서 온도의 상승은 스위칭 속도의 감소를 초래하며 또한 시스템에서 살펴보면 전기적 이동, 부식 및 계면확산이 증가하여 금속화와 결합된 계면에서의 파괴로 이어집니다. 작동온도에서의 대략 10℃ 상승에 의해 파괴까지의 평균시간은 반으로 감소합니다. 그러므로 적용 가능한 범위 내에서의 장치의 온도유지를 위한 열을 제거하는 냉각기술이 매우 중요합니다.
MCM-C의 열적 성능에 영향을 미치는 주요한 인자는 다음과 같습니다.

 

․소자 기술, 집적도 정도 및 크기
․소자 연결방법 (플립칩, TAB, 와이어 본딩)
․기판 재료
․소자 접착방법
․패키지 열설계
․냉각 방법

 

가) 소자기술
상기그림에서 보는 바와 같이 소자기술에 따라 다양한 전력방출을 나타내며 전력방출은 (회로밀도/단일칩영역)2에 반비례합니다.

 

나) 소자 연결방법
높은 수의 I/O를 가진 소자에 대해 플립칩 방법이 WB, TAB에 비해 효과적으로 연속적인 열전달 층을 제공합니다. 또한 플립칩이 칩의 뒷면이 전기적 또는 기계적 연결이 자유롭기 때문에 heat sink의 다양한 접촉을 제공하는 장점이 있습니다.

 

 

 

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Polyimide Chemistry

 

Thermoplastic : 통상의 Polyamic Acid-Polyimide를 화합하려면 Pyromellitic Dianhydride (PMDA)와 같은 Dianhydride와 P-Phenylenediamine(P-PDA)과 같은 Aromatic Diamine을 화학반응 시켜야 합니다. 그 화학반응의 결과가 바로 용해가능한 Polyamic Acid로 화학 공식은 상기그림에 나타냈습니다. Polyamic Acid를 용해시킬 수 있는 Solvent는 많은 종류가 있으나  N-Methyl Pyrrolidinone(NMP)이 가장 많이 사용됩니다. 그 이유로는 NMP가 그 중 인체에 미치는 해가  적기때문입니다. Polyamic Acid에서 Polyimide로의 전환은 일반적으로 열을 가해서 이루어지며  이 전환 과정에서 나오는 부산물은 주로 수분(H2O)입니다. 용도에 따라 필요한 Polyimide의 특성을 고루 갖추기 위해서는 여러 종류의 Dianhydride와 Diamine을 배합해 Polyamic Acid를 만들어야 합니다.

 

 

Comparison of Thermoset Polyimide (Oligomer Approach) and Conventional Thermoplastic Polyimide

 

Thermosetting : Thermoplastic Polyimide가 Polyamic Acid를 전환시켜 제조되는 반면, Thermosetting Polyimide는 경화, 즉 Cross Link가 가능한 Organic Functional Group을 사용해 Chain이 형성됩니다. Thermosetting Polyimide도 Thermoplastic Polyimide와 같이, Aromatic Diamine과 Aromatic Dianhydride를 화학 반응시켜 제조됩니다. 큰 차이점은 Thermoplastic Polyimide의 경우는 분자가 길고 중량이 높은 수지로 시작되나, Thermosetting Polyimide는 미리 Imidize가 되어(Pre-Imidized라고도 함) 분자가 짧고 중량이 낮은 수지가 원자재라는 점입니다. 이 분자 중량이 낮은 수지들은 Chain 양 끝에 경화, 즉 Cross Link가 가능한 Organic Group을 포함하고 있습니다. 그러므로 Thermosetting Polyimide의 경우, Thermoplastic Polyimide와는 달리, 수분이 화학반응 부산물로 배출되지 않습니다. 이러한 Polyimide Chemistry를 일컬어 Reactive Oligomer 방식이라 하며 그 구조식의 비교는 상기그림에 나타냈습니다.

 

 

열팽창 계수(CTE) 비교

 

특성
□ Ionic순도 : Epoxy와는 달리 Polyimide의 원자재는 Chloride라는 성분을 포함하고 있지 않습니다. 그러므로 Polyimide 자체의 Chloride Ion 농도는 낮으며 그 간접적인 증거는 Pressure Cooker Test(PCT)시의 양호한 결과입니다.

□ 고온 안정성 : Polyimide의 Tg는 보통 240℃ 이상으로 Epoxy와 비교해 매우 높은 편이므로 300℃ 이상에서 뛰어난 안정성과 양호한 고온 접착 강도를 보여주고 있습니다.

□ Solvent 함유 : 모든 Polyimide 계열의 접착제는 Solvent를 함유하고 있기 때문에 경화과정중에 Void가 형성될 가능성이 높습니다. 특히 Die Size가 큰 경우는 Void가 생길 가능성이 높으며 그 이유는 Solvent가 얇은 Bondline을 통해 상당한 거리를 빠져나와야 하기 때문입니다. 그러나 Solvent가 함유된 Formulation은 100% Solid Epoxy에 비교해 Resin Bleed가 매우 적다는 장점을 갖고 있습니다.

□ 고온 전환경화 : 일반적으로 Thermoplastic Polyimide는 두 단계로 Polyamic Acid의 전환이 이루어지고 있습니다. 첫 단계는 Solvent를 증발시키고, 둘째 단계는 Polyamic Acid를 Imidize, 즉 전환시킵니다. Thermoplastic Polyimide는 최소한 230℃에서 전환이 가능하며 Thermoplastic Polyimide 즉 Pre-Imidized된 System들은 Formulation에 따라 180℃에서도 Cross Link가 가능합니다. 230℃의 높은 온도에서 전환된 Polyimide내에는 Thermal Stress가 발생하는데, 이 Thermal Stress는 Die와 Leadframe의 열팽창계수 (CTE)차이가 클수록 더 높아집니다. 예를 들어 Silicon Die를 Copper Leadframe에 접착하면 큰 Thermal Stress가 발생되고 Alloy 42와 같이 Silicon Die와의 열팽창계수 차이가 적은 경우는 Thermal Stress도 낮습니다. Silicon과 Copper및 Alloy 42의 열팽창 계수 비교를 상기표에 나타냈습니다. 일반적으로, Thermal Stress는 Die가 커질수록 그 정도가 심해지며 Delamination, 혹은 Die 균열까지도 초래할 수 있습니다.

 

 

 

 

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