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Plastic Package에 가장 많이 사용되고 있는 Polymer Die Attach 접착제는 Material의 특성상 크게 Epoxy와 Polyimide 및 Siloxane Polyimide로 구분할 수 있습니다. 그중에 먼저 Epoxy에 대하여 알아 보도록 하겠습니다.

Characteristic Epoxide Group

Synthesis of Diglycidylether of Bisphenol A

Epoxy원자재 : Epoxy라는 명칭은 수지에 포함된 Epoxide Group에서 유래되었으며, 위그림에 그 구조를 나타내었습니다. Epoxy접착제의 원료인 수지는 Epichlorohydrin(에피크로로하이드린)과 Bisphenol-A (비스페놀-A)를 화학 반응시켜 생성시킬 수 있습니다. 이와 같이 형성되는 수지의 일반적인 화학 공식은 위그림에 나타내었습니다.

Typical Epoxy Reaction with Primary Aliphatic Amine

경화 Mechanism : 수지의 Cross Link, 즉 경화는 경화제를 사용해 이루어집니다. 가장 많이 쓰이고 있는 경화 Mechanism의 한 예는 Amine을 Epoxy Ring에 부착시키면서 Ring이 열리고 새로운 결합을 형성하는것으로써 이렇게 경화된 수지는 3 차원적으로 Cross Link가 된 강도높은 Material입니다.

Epoxy 구성 성분 : 경화된 접착제의 물리적, 화학적 특성은 수지와 경화제에 따라 커다란 영향을 받습니다. 그러므로 수지와 경화제는 Epoxy의 가장 중요한 구성 성분이라 할 수 있습니다. 그러나 Application별로 요구되는 Polymer의 특성은 수지와 경화제만으로는 충족시킬 수 없으므로 필요한 특성을 얻기 위해서는 수지와 경화제외에도 여러 Material을 첨가해야만 합니다. 용도에 맞는 최적의 Epoxy Formulation은 다음 중 최소한 세 가지 이상의 Material을 배합하여 이루어집니다.

① 수지 : 수지와 수지 배합의 선택은 Epoxy의 여러 작업성 및 화학 반응 속도에 영향을 미치는 중요한  Factor 입니다.
② 경화제 : 수지 배합과 경화제의 Combination도 역시 Epoxy의 화학 반응 속도에 큰 영향을 주는 Factor 로 작용합니다.
③ Filler : Filler의 선택은 Epoxy의 유동학적 특성(Viscosity와 Thixotropic Index)과 열팽창 계수 그리고 전열성과 전도성에도 영향을 줍니다.
④ Flexiblizer : Epoxy 유연성의 개선은 보편적으로 Cross Link Density를 낮춤으로써 이루어지며 Cross Link Density를 낮추기 위해서는 분자중량이 높은 수지를 사용해야 합니다. 그러나 Epoxy 유연성을 크게 개선 시키기 위해서는 Epoxy Formulation 자체도 크게 변화시켜야만하며 그 방법으로는 유연성을 갖는 경화제를 사용하거나 다른 유연성성분을 포함시키는 방법이 있습니다.
⑤ Diluent : Epoxy System의  Viscosity를 낮추기 위해 첨가되는 물질을 일반적으로 일컬어 Diluent라 합니다. Diluent는 크게  Reactive Type과 Non-Reactive Type으로 분류할 수 있습니다.
⑥ Accelerator : Accelerator는 Epoxy System의 경화시간을 단축시키거나 경화 온도를 낮추어 주는 역할을 합니다.

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EMC의 원료로는 10여 가지가 사용되고 있으나 가장 중요한 원료는 에폭시수지, 실리카, 페놀수지라고 할 수 있습니다. EMC의 원료시장도 역시 일본기업들이 세계시장을 장악하고 있으며 한국기업들이 최근 시장을 확대해 나아가고 있는 실정입니다.
먼저 에폭시수지의 경우 EMC용으로는 고순도 특수 에폭시수지가사용되고 있는데 세계 반도체용 에폭시 시장규모는 물량기준으로는 15,600톤 정도 그리고 금액기준으로는 147억엔(1.2억달러) 규모로 추정되고 있습니다. 일본은 세계시장의 약 40%를 차지하고 있습니다. 세계시장 수요는 반도체의 소형화 경박화를 반영하여 대체로 신장세가 낮은 것을 알 수 있습니다. 다만 PC, 휴대전화, 디지털가전의 보급이 확대되었기 때문에 수요신장세가 높았습니다. 에폭시수지의 세계적 메이커들로는 日本化藥, 住友化學工業, 大日本잉크化學工業, 東都化成, 油化셸에폭시 그리고 한국의 국도화학 등이있습니다.
실리카는 EMC의 충전제로 쓰이는데 물량기준으로 봉지재료의 85%이상을 차지합니다. 반도체봉지용으로 사용되는 실리카는 주로 용융실리카입니다. 세계 EMC용 실리카의 시장규모는 물량기준으로는 86,200톤 정도이며 금액기준으로는 110억엔(9,100만달러)에 이를 것으로 추정되고 있습니다. 실리카의 경우도 일본기업들이 세계시장의 약 38%를 차지하고 있으며 수요신장세는 거의 정체되어 있습니다. 세계적인 메이커로는 日本電氣化學工業, 龍森이 있으며 최근 한국반도체소재(주)가 기술개발의 결과 한국시장에서 시장점유율을 넓혀가고 있습니다.
페놀수지는 에폭시수지의 경화제로 사용되며 봉지재로는 6나노 이상의 고순도 수지가 사용되고 있습니다. 세계 반도체봉지용 페놀수지의시장규모는 약 5,000톤 정도이고 이중 일본기업이 약 37%를 차지하고 있습니다. 봉지재용 고순도 페놀수지 메이커는 미국과 한국에도 있지만 일본기업들인 群榮化學, 明和化成, 昭和高分子 등이 세계시장을 지배하고 있습니다. 봉지용 고순도페놀수지의 가격은 kg당 240~300엔 수준입니다.

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새로운 접착제에 대한 요구사항으로는 사용 조건별 접착내구성 확립, 접착시간 단축과 전처리 공정의 간소화에 의한 생산성향상 이외에도 환경 친화성이 새롭게 요구되고 있습니다.
접착제의 환경친화성을 확보하기 위한 노력으로는 환경친화형 무독성 피착면 전처리공정, 재활용 용이성을 갖는 접착제 및 공정 도입, 유독성 용제형 접착제의 대체조성 개발 등 환경부하 저감을 위한 다양한 연구가 전세계적으로 활발히 진행되고 있습니다.
접착제는 수지, 용매, 촉매, 경화제, 첨가제 등 구성요소의 일부 또는 전부를 배합하여 제조되는데, 생산 및 적용 공정시 용매와 화학원료에서 휘발성 유기화합물 (VOCs)이 주로 발생되고 있으며, 폐기 후 매립시 미반응물 또는 유출물의 독성이 문제시되고 있습니다. VOCs는 접착제의 상온건조 및 가열경화 공정 중에 대기 중으로 쉽게 증발되고 대기 중에서 질소산화물과 광화학반응을 일으켜 광화학스모그 유발, 광화학산화물인 전구물질 생성, 오존층 파괴, 지구온난화 및 발암물질 생성 등 지구환경 및 인체에 미치는 부정적인 영향으로 인하여 각종 환경규제의 대상이 되어 왔습니다.

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