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  1. 2013.05.02 ICA 전기전도성의 증진

 

 

일반적으로 고분자와 금속 도전입자로 구성된 전도성 접착제는 납/주석 솔더에 비하여 낮은 전기전도도를 갖기 때문에 이를 개선하고자 다음과 같은 다양한 신기술들이 연구 발표되었습니다.


[고분자 매질의 수축률 증가]
일반적으로 ICA 페이스트는 경화 이전에는 절연성을 보이다가 경화 이후에는 전기전도성의 급격한 증가가 발현되는데, 이는 경화에 따른 고분자 매질의 수축 현상에 기인한 결과입니다. 결국 경화에 따른 수축률이 클수록 더 우수한 전기전도도를 얻을 수 있습니다. 경화반응 중에 일어나는 수축현상은 고분자 매질의 가교화 반응정도에 비례하므로, 가교도를 증가시키는 조성물의 구성을 조절하여 경화에 의한 수축률과 이에따른 전기전도도의 변화를 꾀할 수 있습니다.


[은 플레이크 표면의 윤활제 제거]
ICA는 고분자 바인더와 은 플레이크로 구성되어 있으며, 은 플레이크의 표면에는 얇은 유기윤활제 층이 존재합니다. 은 플레이크의 분산성과 접착제 조성물의 레올로지등, ICA의 물성에 중요한 영향을주는 윤활제층은 stearic acid와 같은 지방산 계열로서 은 플레이크와의 사이에서 은염착물을 형성하는데 이러한 윤활제층은 전기적으로는 절연성을 나타내므로 ICA의 전기전도도를 크게 저하시키는 요인이 될 수 있습니다. 그러므로 전기전도도의 향상을 위해서는 ICA의 경화반응 중에 윤활제층의 제거가 부분적으로나마 필요하며, 이를 위하여 낮은 분자량의 dicarboxylic acid가 사용됩니다.


[전도성 접착물 조성 중에 환원제 첨가]
다른 금속입자와는 다르게 은 입자에서는 표면에 산화막이 형성되어도 급격한 전도도의 변화가 일어나지 않기 때문에 대부분의 ICA에서 은이 주 성분으로 사용되지만 산화막의 전도도가 순수한 금속보다 우수할수는 없습니다. 그래서 형성된 산화막을 제거 또는 환원시킴으로써 전기전도도의 향상을 도모할 수 있습니다. 알데하이드는 전형적인 ICA 조성물 성분 중 하나로 경화반응 중에 산화은을 은으로 환원시키면서 저분자량 카르복실산을 배출하는데, 이때 배출되는 카르복실산은 은 플레이크 표면의 윤활제층을 제거시키는 경우에도 적용될 수가 있어서 추가적인 전기전도도 향상에 기여할 수 있습니다.


[저온 순간 액상 충진제]
전기전도도를 증대시킬 수 있는 또다른 방법으로는 순간 액상 충진제를 ICA 조성물에 첨가하는 것입니다. 순간 액상 충진제는 구리와같은 고융점 금속분말과 주석/납 또는 주석/인듐과 같은 저융점 합금의 혼합물로, 고분자 매질이 경화반응을 일으키는 중에 저융점 합금이 용융되어 액체상을 이루고 이 액상에 고융점 금속분말이 용해되어 짧은순간 이나마 유동성을 지닌 액상의 고속혼합체를 형성합니다. 유동성 액상 충진제는 고분자 바인더 사이로 균일하게 분포하며 전기적 접속이 필요한 위치에 이르게 되고, 최종적으로는 다시 고화되면서 전기전도성이 우수한 접속체를 구성하게 됩니다. 순간 액상 충진제 방법은 매우 우수한 전기적 기계적 접속체를 구성할 수 있다는 장점이 있지만 금속 혼합체를 구성할 수 있다는 금속간의 조합에 제한이 있다는 점이 단점입니다.


[은나노 입자의 저온 소결법]
나노미터 크기의 전도성 입자를 ICA에 적용하고자 하는 최근의 연구 결과는 percolation 농도를 크게 낮출 수 있다는 점에서 주목을 받았지만 한편으로는 작아진 입자의 크기만큼 표면적의 증가로 면접촉 저항이 크게 증가할 수 있다는 점을 극복해야 합니다. 최근의 연구보고에서 ICA의 경화온도에서 은 나노입자의 소결반응이 일어날 수 있으며, 그 결과 나노입자 사이의 contact point가 감소하여 접촉저항을 크게 줄일 수 있음이 알려졌습니다. 이러한 저온 소결법이 적용된다면 나노 입자의 경우 기존의 마이크론 크기의 전도성 입자를 사용하였던 경우에 비하여 훨씬 작은 입자 함량만으로도 훨씬 우수한 전도도를 얻을 수 있게 되었습니다.

 

 

 

 

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Posted by 티씨씨
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