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KR20000057373A - 열 전도성 감압 접착제, 이의 접착 시트류 및 이를 사용한 전자부품과 방열 부재와의 고정방법 - Google Patents

열 전도성 감압 접착제, 이의 접착 시트류 및 이를 사용한 전자부품과 방열 부재와의 고정방법 Download PDF

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KR20000057373A
KR20000057373A KR1019990704913A KR19997004913A KR20000057373A KR 20000057373 A KR20000057373 A KR 20000057373A KR 1019990704913 A KR1019990704913 A KR 1019990704913A KR 19997004913 A KR19997004913 A KR 19997004913A KR 20000057373 A KR20000057373 A KR 20000057373A
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KR
South Korea
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thermally conductive
adhesive
weight
sensitive adhesive
conductive pressure
Prior art date
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Abandoned
Application number
KR1019990704913A
Other languages
English (en)
Inventor
오후라마사히로
무타시게키
요시카와다카오
Original Assignee
가마이 고로
닛토덴코 가부시키가이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 가마이 고로, 닛토덴코 가부시키가이샤 filed Critical 가마이 고로
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Abstract

열전도성 및 접착성이 뛰어난, 특히 고온하에서의 접착력(내열 전단 유지력)이 크고, 또한 접착제의 조제 중이나 조제 후에 급격한 점도 상승이 보여지지 않는 안정성이 뛰어난 열전도성 감압 접착제를 제공하기 위해, 본 발명은 알킬기의 탄소수가 평균 2 내지 14개인 알킬 (메트)아크릴레이트를 주성분으로 하는 단량체 70 내지 99중량%와 분자 내에 산성 또는 염기성 극성기를 갖는 공중합성 단량체 30 내지 1중량%로 이루어진 단량체 혼합물의 공중합체(a) l00중량부와 상기한 공중합성 단량체의 극성기와 동일한 극성을 가지며 순도가 95중량% 이상인 열전도성 충전제(b) l0 내지 300중량부를 함유함을 특징으로 하는 열전도성 감압 접착제, 기재에 열전도성 감압 접착제 층을 설치한 접착 시트류 및 열전도성 감압 접착제 또는 접착 시트류를 사용하여 전자 부품과 방열 부재를 접착 고정하는 방법을 제공한다.

Description

열전도성 감압 접착제, 이의 접착 시트류 및 이를 사용한 전자 부품과 방열 부재와의 고정방법{Thermally conductive pressure-sensitive adhesive, adhesive sheet containing the same, and method for fixing electronic part to heat-radiating member with the same}
종래부터 하이브리드 패키지(hybrid packages), 멀티모듈(multimodules) 또는 플라스틱이나 금속을 사용하는 밀봉형 집적 회로 등의 전자 부품에서는 IC 회로의 고집적화 등에 수반하여 발열량이 증대하며 온도 상승 때문에 전자 부품이 기능 장애를 발생시킬 염려가 있으므로 전자 부품에 히트 싱크(heat sink) 등의 방열 부재를 부설하여 상기한 기능 장애를 예방하는 대책이 강구되고 있다.
전자 부품에 방열 부재를 부설하는 방법으로서 중합성 아크릴산 에스테르 단량체와 자유 라디칼 개시제를 함유하는 조성물에 알루미늄 분말 등을 가한 접착제를 사용하는 방법이 공지되어 있다(참조: 미국 특허 제4,722,960호). 그러나, 당해 방법은 상기한 접착제를 전자 부품과 방열 부재의 한 쪽 또는 양쪽에 도포한 다음, 프라이머를 사용하거나 산소를 차단하여 경화 처리하는 것이 필요하고, 접착 처리에 많은 시간과 많은 노력을 요하며, 또한 경화될 때까지의 사이에 피착체를 가고정시키는 것이 필요한 등의 전자 장치의 제조 효율이 결핍되는 문제가 있다.
이러한 문제를 회피하기 위해 열전도성과 감압 접착성을 구비한 이른바 열전도성 감압 접착제를 사용하는 방법도 공지되어 있다. 당해 방법은 전자 부품과 방열 부재 사이에 상기한 접착제를 넣어 이의 감압 접착성을 이용하여 양쪽을 접착 고정하는 것이며 접착 처리에 많은 시간과 많은 노력을 요하는 등의 문제가 본질적으로 없다. 그러나, 예를 들면, 시판되고 있는 특정 종류의 열전도성 감압 접착 테이프는 접착성 중합체로서 아크릴계 중합체를 사용한다고 생각되지만, 상기한 아크릴계 중합체의 단량체 조성 등으로 인해 고극성의 금속으로 이루어진 전자 부품이나 방열 부재에 대하여 양호한 접착력을 나타내지 않으며 전자 부품과 방열 부재와의 접착 고정력이 떨어진다는 난점이 있다.
또한, 다른 열전도성 감압 접착 테이프로서 접착제 층 속에, 당해 층 두께보다 입자 직경이 큰 은 입자를 함유시킨 감압 접착 테이프(참조: 미국 특허 제4,606,962호), 아크릴계 중합체에 열전도성 전기 절연 입자를 랜덤하게 분산시킨 감압 접착 테이프[참조: 일본 공개특허공보 제(평)6-88061호, 유럽 공개특허공보 제566093 Al호] 등도 공지되어 있다. 이들 감압 접착 테이프는 고극성 전자 부품 등에 대하여 비교적 양호한 접착력을 나타내지만 열전도성 감압 접착제 자체의 안정성이 떨어지고 접착제의 조제 중 또는 조제 후에 점도가 극단적으로 상승하여 유동성을 손상시키고 취급성, 특히 도포 작업성이 악화되어 테이프화하는 경우에 두께 정밀도가 나오지 않을 뿐만 아니라 심한 경우에는 테이프화할 수 없다고 하는 문제가 있다.
이와 같이, 열전도성 감압 접착제 또는 이를 사용한 접착 테이프는 접착 처리에 많은 시간과 많은 노력을 요하지 않으며 전자 부품과 방열 부재를 간단하게 접착 고정할 수 있다는 이점은 있지만 접착 고정력이 떨어지거나 접착제 자체의 안정성이 떨어지는 등의 문제가 있으며 전자 부품과 방열 부재와의 고정 등에 응용하는 데에 있어서는 이들 문제의 해결을 강력하게 요망하고 있다.
본 발명은 이러한 사정에 비추어서 전자 부품과 방열 부재와의 고정, 기타 건재, 차량, 항공기, 선박 등의 각종 분야에서 부재의 고정 등의 용도에 제공되는 열전도성 및 접착성이 뛰어난, 특히 고온하에서의 접착력(내열 전단 유지력)이 크고, 또한 접착제의 조제 중이나 조제 후에 급격한 점도 상승이 보여지지 않는 안정성이 뛰어난 열전도성 감압 접착제 및 이를 시트상이나 테이프상 등의 형태로 한 접착 시트류를 제공하는 것을 목적으로 한다.
발명의 개시
본 발명자들은 상기한 목적에 대해 예의 검토하는 과정에서, 우선 아크릴계 중합체를 합성할 때에 공중합 성분으로서 아크릴산 등의 극성기를 갖는 단량체를 사용하면 고극성 전자 부품 등에 대하여 접착력은 개선되지만, 이러한 공중합체에 열전도성 충전제로서 대표적인 알루미나(Al2O3) 분말을 가할 때에는 알루미나가 염기성을 나타내는 한편, 상기한 단량체의 극성기는 산성을 나타내므로 양쪽이 산·염기 반응을 일으켜서 감압 접착제의 점도가 극단적으로 상승하고 유동성이 손상되어 버린다는 것을 발견했다.
그리고, 이러한 발견을 평가하여 상기한 극성기 함유 단량체를 공중합 성분으로 하는 공중합체에 대하여 상기한 단량체의 극성기와 동일한 극성(산성)을 갖는, 예를 들면, SiO2, TiB2, BN 등의 열전도성 충전제를 가하여 본 바, 상기한 충전제와 단량체의 극성기와의 반응을 볼 수 없게 되며 감압 접착제의 조제 중 또는 조제 후에 점도 상승으로 인해 유동성이 손상된다는 문제가 회피되며 결국, 상기한 충전제에 근거하는 뛰어난 열전도성과 상기한 단량체의 극성기에 근거하는 뛰어난 접착성, 특히 고극성 전자 부품 등에 대한 고온하에서의 큰 접착력(내열 전단 유지력)이 수득되는 동시에 안정성 면에서도 뛰어난 열전도성 감압 접착제가 수득되는 것을 규명했다.
본 발명은 상기한 발견을 근거하여 다시 검토한 결과 밝혀낸 것이다. 즉, 본 발명은 알킬기의 탄소수가 평균 2 내지 14개인 알킬 (메트)아크릴레이트를 주성분으로 하는 단량체 70 내지 99중량%와 분자 내에 산성 또는 염기성 극성기를 갖는 공중합성 단량체 30 내지 1중량%로 이루어진 단량체 혼합물의 공중합체(a) l00중량부와 상기한 공중합성 단량체의 극성기와 동일한 극성을 가지며 순도가 95중량% 이상인 열전도성 충전제(b) l0 내지 300중량부를 함유함을 특징으로 하는 열전도성 감압 접착제(청구의 범위 제1항 및 제2항), 상기한 열전도성 감압 접착제 층이 기재의 한 면 또는 양면에 설치되어 있음을 특징으로 하는 접착 시트류(청구의 범위 제3항, 제4항 및 제5항), 또한 전자 부품과 방열 부재를 상기한 열전도성 감압 접착제 또는 접착 시트류를 개재하여 접착 고정시킴을 특징으로 하는, 전자 부품과 방열 부재와의 고정방법(청구의 범위 제6항)에 관한 것이다.
발명을 실시하기 위한 최량의 형태
본 발명의 성분(a)인 공중합체에서는 주 단량체로서 알킬기의 탄소수가 평균 2 내지 14개인 알킬 (메트)아크릴레이트를 주성분으로서 사용한다.
상기한 알킬기의 탄소수가 평균 2 내지 14개인 알킬 (메트)아크릴레이트로서는 부틸 (메트)아크릴레이트, 이소노닐 (메트)아크릴레이트, 이소옥틸 (메트)아크릴레이트, 2-에틸헥실 (메트)아크릴레이트 등을 들 수 있다. 이들을 주성분으로 하는 주 단량체는 단량체 혼합물 속에서 70 내지 99중량%, 바람직하게는 90 내지 99중량%의 비율로 사용한다. 70중량% 미만에서는 아크릴계 중합체로서 접착 성능이 손상된다.
주 단량체와 함께 사용되는 분자내에 극성기를 갖는 공중합성 단량체로서는, 극성기가 산성인 단량체로서 아크릴산, 메타크릴산, 말레산, 카프로락탐 변성 아크릴레이트, 2-아크릴로일옥시에틸 석신산, 2-아크릴로일옥시에틸 프탈산 등의 카복실기 함유 단량체, 카프로락탐 변성 하이드록시에틸 (메트)아크릴레이트, 2-하이드록시에틸 아크릴레이트, 2-하이드록시프로필 아크릴레이트, 2-하이드록시헥실 아크릴레이트 등의 하이드록실기 함유 단량체를 들 수 있다.
또한, 극성기가 염기성인 단량체로서 아크릴아미드, N-비닐 피롤리돈, 아크릴로일 모르폴린 등의 질소 함유 단량체 또는 비닐 클로라이드, 비닐 아세테이트 등을 들 수 있다.
분자 내에 산성 또는 염기성 극성기를 갖는 공중합성 단량체는 단량체 혼합물 속에서 30 내지 1중량%, 바람직하게는 l0 내지 1중량%의 비율로 사용된다. 1중량% 미만에서는 이러한 단량체의 극성기에 근거하는 양호한 접착성이 수득되기 어려우며, 특히 고극성 전자 부품 등에 대한 고온하에서의 접착력(내열 전단 유지력)이 개선되지 않으며 전자 부품과 방열 부재와의 접착 고정력이 떨어진다.
본 발명의 성분(a)인 공중합체는 상기한 주 단량체와 공중합성 단량체로 이루어지는 단량체 혼합물을 용액 중합법, 유화 중합법, 현탁 중합법, 괴상 중합법 등으로 공중합시킴으로써 수득된다. 이때에 적절한 중합 촉매, 예를 들면, 열중합 개시제나 광중합 개시제, 과황산칼륨, 과황산암모늄, 과산화수소 및 이들과 환원제로 이루어진 레독스계 개시제 등이 사용된다.
열중합 개시제에는 벤조일 퍼옥사이드, t-부틸 퍼벤조에이트, 쿠멘 하이드로퍼옥사이드, 디이소프로필 퍼옥시디카보네이트, 디-n-프로필 퍼옥시디카보네이트, 디(2-에톡시에틸) 퍼옥시디카보네이트, t-부틸 퍼옥시네오데카노에이트, t-부틸 퍼옥시피발레이트, (3, 5, 5-트리메틸헥사노일) 퍼옥사이드, 디프로피오닐 퍼옥사이드, 디아세틸 퍼옥사이드 등의 유기 과산화물, 2, 2'-아조비스이소부티로니트릴, 2, 2'-아조비스(2-메틸부티로니트릴), 1, 1'-아조비스(사이클로헥산-1-카보니트릴), 2, 2'-아조비스(2, 4-디메틸발레로니트릴), 2, 2'-아조비스(2, 4-디메틸-4-메톡시발레로니트릴), 디메틸-2, 2'-아조비스(2-메틸프로피오네이트), 4, 4'-아조비스(4-시아노발레르산), 2, 2'-아조비스(2-하이드록시메틸프로피오니트릴), 2, 2'-아조비스 [2-(2-이미다졸린-2-일)프로판〕등의 아조계 화합물 등이 있다.
광중합 개시제로서는 4-(2-하이드록시에톡시)페닐 (2-하이드록시-2-프로필) 케톤, α-하이드록시-α,α'-디메틸아세토페논, 메톡시아세토페논, 2, 2-디메톡시-2-페닐아세토페논, 2, 2-디에톡시아세토페논, 1-하이드록시사이클로헥실 페닐 케톤, 2-메틸-1-[4-(메틸티오)-페닐]-2-모르폴리노프로판-1 등의 아세토페논계 화합물; 벤조인 에틸 에테르, 벤조인 이소프로필 에테르, 아니조인 메틸 에테르 등의 벤조인 에테르계 화합물; 2-메틸-2-하이드록시프로피오페논 등의 α-케톨계 화합물; 벤질디메틸케탈 등의 케탈계 화합물, 2-나프탈렌설포닐 클로라이드 등의 방향족 설포닐 클로라이드계 화합물; 1-페논-1, 1-프로판디온-2-(o-에톡시카보닐)옥심 등의 광활성 옥심계 화합물; 벤조페논, 벤조일벤조산, 3, 3'-디메틸-4-메톡시벤조페논 등의 벤조페논계 화합물 등을 들 수 있다.
또한, 상기한 중합법 중에서도 자외선이나 전자선 등의 방사선을 조사함으로써 중합시키는 괴상 중합법이 바람직하다. 이러한 중합법은 유기 용제의 잔존으로 인한 전자 부품의 부식, 고온에서 기화 팽창에 따른 팽창, 박리, 어긋남, 또한 유화제의 블리딩(bleeding)에 의한 오염, 접착 불량, 내습성 저하 등의 염려가 없으며, 또한 비교적 약한 강도의 자외선 등을 조사하는 것으로 공중합체의 분자량을 높게 할 수 있으며 높은 가교도와 큰 응집력을 갖는, 내열성이 특히 양호한 감압 접착제를 조제할 수 있게 한다.
본 발명의 성분(b)인 열전도성 충전제는 성분(a)인 공중합체를 구성하는 공중합성 단량체의 극성기와 동일한 극성을 갖는 것이 필요하며 상기한 단량체의 극성기가 산성이면 이와 동일한 극성인 산성 열전도성 충전제가, 또한 상기한 단량체의 극성기가 염기성이면 이와 동일한 극성인 염기성 열전도성 충전제가 각각 사용된다.
상기한 산성 열전도성 충전제에는 SiO2, TiB2, BN, Si3N4, TiO2등이 있다. 상기한 염기성 열전도성 충전제에는 Mg0, NiO, Cu0, Al203, Fe2O3등이 있다.
본 발명에서 가장 바람직한 조합은 성분(a)인 공중합체를 구성하는 공중합성단량체의 극성기가 산성, 특히 카복실기이고 성분(b)인 열전도성 충전제가 상기와 동일한 극성(산성)을 갖는 SiO2, TiB2, BN, Si3N4및 TiO2로부터 선택된 하나 이상으로 이루어지는 조합이다. 이러한 조합에 따르면 상기한 단량체의 극성기에 근거하는 뛰어난 접착성, 특히 고온하에서 큰 접착력을 수득할 수 있고 종래와 같이 산·염기 반응에 따른 점도 상승이 회피되어 감압 접착제의 안정성이 대단히 뛰어나게 된다. 또한, 말할 필요도 없이, 본 명세서에 기재된 산·염기란 이른바 루이스 산·염기로서 취급되는 산·염기를 의미한다.
이러한 열전도성 충전제는 특정한 극성을 갖는 동시에 감압 접착제의 점도 상승을 피하는 관점에서 이의 순도가 95중량% 이상인 것이 필요하며, 바람직하게는 98중량% 이상인 것이 양호하다. 순도가 95중량% 미만으로 되면 불순물과의 반응으로 인한 점도 상승을 수반하기 쉬우며 본 발명의 효과가 손상되는 경우가 있다. 또한, 이러한 열전도성 충전제는 평균 입자 직경이 0.5 내지 250μm, 바람직하게는 1 내지 100μm, 보다 바람직하게는 5 내지 30μm인 것이 양호하다. 입자 형상은 구상, 침상, 플레이크상, 별 모양 등의 어떠한 형상이라도 좋다. 형상의 선택은 성분(a)인 공중합체의 물성 및 최종적인 감압 접착제의 물성에 따라 결정한다.
본 발명에서 성분(b)인 열전도성 충전제는 성분(a)인 공중합체 100중량부에 대하여 10 내지 300중량부, 바람직하게는 l0 내지 120중량부의 비율로 사용하는 것이 좋다. l0중량부 미만이면 열전도성이 양호한 감압 접착제가 수득되기 어려우며, 또한 300중량부보다 많아지면 접착성이 억제되며, 특히 고온하에서의 접착력이 크게 저하되며 접착 고정력이 부족하게 된다.
본 발명의 열전도성 감압 접착제는 성분(a)인 공중합체와 성분(b)인 열전도성 충전제를 상기한 비율로 함유하는 이외에, 필요에 따라, 안료, 충전제, 노화방지제, 점착부여제 등의 공지된 각종 첨가제를 함유할 수 있다. 또한, 감압 접착제로서 응집력을 높여 내열성 등의 향상을 꾀하기 위해 외부 가교제나 내부 가교제를 첨가하여 적절한 가교처리를 실시할 수 있다.
외부 가교제는 톨릴렌 디이소시아네이트, 트리메틸올프로판톨릴렌 디이소시아네이트, 디페닐메탄톨릴렌 트리이소시아네이트 등의 다관능 이소시아네이트계 가교제; 폴리에틸렌 글리콜 디글리시딜 에테르, 디글리시딜 에테르, 트리메틸올프로판 트리글리시딜 에테르 등의 에폭시계 가교제; 멜라민 수지계 가교제; 금속염계 가교제; 금속 킬레이트계 가교제; 아미노 수지계 가교제' 과산화물계 가교제 등이 있다. 이들은 공중합체의 합성 후에 첨가되어 가열 처리나 방사선 조사 처리에 의해 공중합체의 분자간 가교를 발생시켜 감압 접착제의 응집력을 높인 것이다.
내부 가교제는 헥산디올 디(메트)아크릴레이트, (폴리)에틸렌 글리콜 디(메트)아크릴레이트, (폴리)프로필렌 글리콜 디(메트)아크릴레이트, 네오펜틸 글리콜 디(메트)아크릴레이트, 펜타에리트리톨 디(메트)아크릴레이트, 트리메틸올프로판 트리(메트)아크릴레이트, 펜타에리트리톨 트리(메트)아크릴레이트, 디펜타에리트리톨 헥사(메트)아크릴레이트, 에폭시 (메트)아크릴레이트, 폴리에스테르 (메트)아크릴레이트, 우레탄 (메트)아크릴레이트 등의 다관능계 단량체를 들 수 있다. 이들은 공중합체의 합성시에 첨가되어 공중합체의 중합과 동시에 내부 가교시키고 감압 접착제의 응집력을 높인다.
본 발명의 접착 시트류는 기재의 한 면 또는 양면에 상기한 열전도성 감압 접착제를 개재하여 시트상이나 테이프상의 형태로 형성시킨 것이다. 기재로서는 알루미늄, 구리, 스텐레스, 베릴륨-구리 등의 열전도성이 뛰어난 금속(합금을 포함한다)의 박상물, 열전도성 실리콘 등의 자체 열전도성이 뛰어난 중합체로 이루어지는 시트상물, 열전도성 충전제를 함유시킨 폴리에스테르, 폴리이미드 등의 열전도성 플라스틱 필름을 들 수 있다. 또한, 플라스틱 필름으로서 폴리이미드, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌 나프탈레이트, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리에테르 케톤, 폴리에테르 설폰, 폴리메틸펜텐, 폴리에테르 이미드, 폴리설폰, 폴리페닐렌 설파이드, 폴리아미드이미드, 폴리에스테르 이미드, 방향족 폴리아미드 등의 내열성 중합체로 이루어지는 필름을 사용할 수 있다.
특히 본 발명의 접착 시트류가 전기절연성을 필요로 하는 경우에는 열전도성기재로서, 예를 들면, 상기와 같은 플라스틱 필름을 사용하는 것이 바람직하다. 플라스틱 필름 중에서도 내열성 면에서 폴리이미드 필름 또는 폴리아미드이미드 필름이 바람직하다. 또한, 이들 필름 중에서 전기절연성의 열전도성 충전제를 함유하는 플라스틱 필름도 열전도성 면에서 바람직하다. 전기절연성의 열전도성 충전제로서는 SiO2, TiB2, BN, Si3N4, TiO2, MgO, NiO, CuO, Al203, Fe203등을 들 수 있다. 이들 중에서도 열전도성이나 입수가 용이한 점에서 BN 또는 Al203가 특히 바람직하게 사용된다. 이들 전기절연성의 열전도성 충전제는 평균 입자 직경이 통상적으로 1 내지 250μm, 바람직하게는 1 내지 100μm, 보다 바람직하게는 2 내지 l0μm인 것이 양호하다. 입자 형상은 구상, 침상, 플레이크상, 별 모양 등의 어떠한 형태라도 좋다. 또한, 사용량은 필름 속에서 2 내지 50용량%, 바람직하게는 10 내지 35용량%로 되도록 하는 것이 좋다.
이들 기재의 두께는 통상적으로 12μm 내지 4mm이고, 또한 이러한 기재 위에 설치되는 열전도성 감압 접착제 층의 두께는 통상적으로 l0 내지 150μm이다.
본 발명의 접착 시트류의 제조는, 예를 들면, 박리 라이너 위에 열전도성 감압 접착제를 도포하고, 도포한 후에 방사선 중합 처리를 실시하는 등으로 원하는 두께의 열전도성 감압 접착제 층을 형성시킨 다음, 이를 기재의 한 면 또는 양면에 전사함으로써 실시할 수 있다. 또한, 박리 라이너를 사용하지 않고 기재 위에 열전도성 감압 접착제를 직접 도포하고, 도포한 후에 방사선 중합 처리를 실시하는 등으로 열전도성 감압 접착제의 층을 형성함으로써 제조할 수 있다. 기재의 종류 등에 따라 적절한 수법을 채용할 수 있다.
본 발명에서 이러한 열전도성 감압 접착제 또는 이의 접착 시트류를 사용하여 전자 부품과 방열 부재를 접착 고정하는데 양쪽 사이에 상기한 접착 재료를 개재 장치하고 이의 감압 접착성를 이용하여 압착 처리하면 양호하며, 이에 따라 양쪽을 열전도성이 양호하면서, 또한 고온하에서도 양호한 접착 강도로 고정시킬 수 있다.
접착 고정의 대상이 되는 전자 부품은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면, IC 칩, 하이브리드 패키지, 멀티 칩 모듈, 파워 트랜지스터, 플라스틱이나 금속을 사용하는 밀봉형의 집적회로 등이 열거된다. 본 발명에서는 고도로 집적된 IC 회로와 같이 발열량이 큰 전자 부품의 접착 고정에 유리하게 적용할 수 있다.
또한, 접착 고정의 대상이 되는 다른 방열 부재에는 기재로서 예시한 상기한 금속 판이나 시트상물 등으로 이루어지는 히트 싱크, 그 밖의 방열기 등이 있다. 히트 싱크의 두께는 10μm 내지 l0mm, 바람직하게는 50μm 내지 5mm, 보다 바람직하게는 l00μm 내지 3mm가 일반적이지만 이에 한정되지 않는다. 또한, 방열기는 냉각 핀(fin)을 갖는 형태 등의 적당한 구조물일 수 있다.
또한, 본 발명의 열전도성 감압 접착제 또는 이의 접착 시트류는 이러한 전자 부품과 방열 부재와의 접착 고정에 한정되지 않으며 건재, 차량, 항공기, 선박 등의 각종 분야에서 부재의 고정 목적 등의 용도에 제공할 수 있으며 이러한 용도 목적에 사용할 때에도 상기와 동일한 효과를 나타내는 것은 말할 필요도 없다.
다음에 본 발명의 실시예를 기재하여 보다 구체적으로 설명한다. 또한, 하기에서 부는 전부 중량부를 의미한다.
실시예
실시예 1
2-에틸헥실 아크릴레이트 95부 및 아크릴산 5부를 에틸 아세테이트 210부 속에서 2,2-아조비스이소부티로니트릴 0.4부의 공존하에 질소 치환 하에서 60 내지 80℃로 교반하면서 용액 중합 처리하고 점도 약 120포이즈, 중합률 99.2중량% 및 고형분 30.0중량%의 공중합체 용액을 수득한다. 이러한 용액에 공중합체 l00부에 대하여 다관능 이소시아네트계 가교제 3부와 산성 열전도성 충전제로서 실리카(SiO2)(순도 99.8중량%, 평균 입자 직경 1.8μm) 60부를 첨가하고 혼합하여 열전도성 감압 접착제를 조제한다.
이러한 열전도성 감압 접착제는 조제 중 또는 조제 후에 극단적인 점도 상승을 보이지 않으며 안정성이 뛰어나다. 이러한 감압 접착제를 박리제로 표면 처리한 폴리에스테르 필름으로 이루어진 박리 라이너 위에 도포하여 열풍 건조기 속에서 40℃로 5분 동안 건조시킨 다음, 다시 130℃로 5분 동안 건조 처리하여 두께가 50μm인 열전도성 감압 접착제 층을 형성시킨다. 이러한 층을 기재로 하여 두께가 30μm인 구리박의 양면에 전사하여 전체 두께가 130μm로 되는 접착 시트를 제작한다.
실시예 2
산성 열전도성 충전제로서 붕화티타늄(TiB2)(순도 96.2중량%, 평균 입자 직경 7.0μm) 60부를 사용하는 이외에는 실시예 1과 동일하게 하여 열전도성 감압 접착제를 조제한다. 이러한 감압 접착제는 조제 중 또는 조제 후에 극단적인 점도 상승을 보이지 않으며 안정성이 뛰어나다. 이러한 열전도성 감압 접착제를 사용하여 실시예 1과 동일하게 하여 접착 시트를 제작한다.
비교예 1
산성 열전도성 충전제를 대신하여 염기성 열전도성 충전제로서 산화마그네슘(MgO)(순도 97.2중량%, 평균 입자 직경 8.0μm) 60부를 사용하는 이외에는 실시예 1과 동일하게 하여 열전도성 감압 접착제를 조제한다. 이러한 감압 접착제는 조제 중 또는 조제 후에 점도 상승이 현저하고 안정성이 결핍된다. 따라서, 이러한 열전도성 감압 접착제를 사용하여 실시예 1과 동일하게 하여 접착 시트의 제작을 시도하면 균일한 접착 시트는 수득되지 않는다.
실시예 3
이소옥틸 아크릴레이트 75부, 부틸 아크릴레이트 20부, 아크릴산 5부 및 2, 2-디메톡시-2-페닐 아세톤(광중합 개시제) 0.1부로 이루어지는 프리믹스를 질소 분위기 속에서 자외선에 폭로하여 부분 중합시키고 점도가 약 40포이즈인 도포할 수 있는 시럽을 수득한다. 이러한 시럽 l00부에 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트(가교 결합제) 0.2부와 산성 열전도성 충전제로서 질화붕소(BN)(순도 99.7중량%, 평균 입자 직경 8.0μm) 40부를 첨가하고 혼합하여 열전도성 중합성 조성물을 조제한다.
이러한 열전도성 중합성 조성물은 조제 중 또는 조제 후에 극단적인 점도 상승을 보이지 않으며 안정성이 뛰어나다. 이러한 중합성 조성물을 박리제로 표면 처리한 폴리에스테르 필름으로 이루어지는 박리 라이너 위에 도포하고 질소 가스 분위기 하에 광강도 5mW/cm2의 고압 수은 램프로써 900mj/cm2의 자외선을 조사하여 광중합 처리한 다음, 열풍 순환 건조기 속에서 130℃로 5분 동안 건조 처리하여 두께가 50μm인 열전도성 감압 접착제 층을 형성시킨다. 이러한 층을 기재로 하여 두께가 30μm인 알루미늄박의 양면에 전사하고 전체 두께가 130μm로 되는 접착 시트를 제작한다.
비교예 2
산성 열전도성 충전제를 대신하여 염기성 열전도성 충전제로서 알루미나(Al2O3)(순도 99.7중량%, 평균 입자 직경 3.7μm) l00부를 사용하는 이외에는 실시예 3과 동일하게 하여 열전도성 중합성 조성물을 조제한다. 이러한 조성물은 조제 중 또는 조제 후에 점도 상승이 현저하고 안정성이 결핍된다. 따라서, 이러한 열전도성 중합성 조성물을 사용하여 실시예 3과 동일하게 하여 접착 시트의 제작을 시도하면 균일한 접착 시트는 수득되지 않는다.
비교예 3
산성 열전도성 충전제로서의 질화붕소(BN)(순도 99.7중량%, 평균 입자 직경 8.0μm) 40부를 사용하지 않는 이외에는 실시예 3과 동일하게 하여 열전도성 중합성 조성물을 조제한다. 이러한 조성물은 조제 중 또는 조제 후에 극단적인 점도 상승을 보이지 않으며 안정성이 양호하다. 이러한 열전도성 중합성 조성물을 사용하여 실시예 3과 동일하게 하여 접착 시트를 제작한다.
실시예 4
이소옥틸 아크릴레이트 70부, 부틸 아크릴레이트 20부, 아크릴로일모르폴린 l0부 및 2, 2-디메톡시-2-페닐 아세톤(광중합 개시제) 0.1부로 이루어진 프리믹스를 질소 분위기 속에서 자외선에 폭로하여 부분 중합시키고 점도가 약 4,000센티포이즈인 도포할 수 있는 시럽를 수득한다. 이러한 시럽 100부에 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트(가교 결합제) 0.2부와 염기성 열전도성 충전제로서 알루미나(Al2O3)(순도 99.7중량%, 평균 입자 직경 3.7μm) l00부를 첨가하고 혼합하여 열전도성 중합성 조성물을 조제한다.
이러한 열전도성 중합성 조성물은 조제 중 또는 조제 후에 극단적인 점도 상승을 보이지 않으며 안정성이 뛰어나다. 이러한 중합성 조성물을 박리제로 표면 처리한 폴리에스테르 필름으로 이루어진 박리 라이너 위에 도포하고 질소 가스 분위기하에 광강도 5mW/cm2의 고압 수은 램프로써 900mj/cm2의 자외선을 조사하여 광중합 처리한 다음, 열풍 순환 건조기 속에서 130℃로 5분 동안 건조 처리하여 두께가 50μm인 열전도성 감압 접착제 층을 형성시킨다. 이러한 층을 기재로 하여 두께가 30μm인 알루미늄박의 양면에 전사하고 전체 두께가 130μm로 되는 접착 시트를 제작한다.
실시예 5
2-에틸헥실 아크릴레이트 95부 및 아크릴산 5부를 에틸 아크릴레이트 210부 속에서 2, 2-아조비스이소부티로니트릴 0.4부의 공존하에 질소 치환하에서 60 내지 80℃로 교반하면서 용액중합 처리하고 점도 약 120포이즈, 중합률 99.2중량% 및 고형분 30.0중량%의 공중합체 용액을 수득한다. 이러한 용액에 공중합체 l00부에 대하여 다관능 이소시아네이트계 가교제 3부와 산성 열전도성 충전제로서 실리카(SiO2)(순도 99.8중량%, 평균 입자 직경 1.8μm) 60부를 첨가하고 혼합하여 열전도성 감압 접착제를 조제한다.
이러한 열전도성 감압 접착제는 조제 중 또는 조제 후에 극단적인 점도 상승을 보이지 않으며 안정성이 뛰어나다. 이러한 감압 접착제를 박리제로 표면 처리한 폴리에스테르 필름으로 이루어지는 박리 라이너 위에 도포하여 열풍 건조기 속에서 40℃로 5분 동안 건조시킨 다음, 다시 130℃에서 5분 동안 건조 처리하여 두께가 50μm인 열전도성 감압 접착제 층을 형성시킨다.
실시예 6
이소옥틸 아크릴레이트 70부, 부틸 아크릴레이트 20부, 아크릴로일모르폴린 10부 및 2, 2-디메톡시-2-페닐 아세톤(광중합 개시제) 0.1부로 이루어진 프리믹스를 질소 분위기 속에서 자외선에 폭로하여 부분 중합시키고 점도가 약 4,000센티포이즈인 도포할 수 있는 시럽를 수득한다. 이러한 시럽 l00부에 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트(가교 결합제) 0.2부와 염기성 열전도성 충전제로서 알루미나(Al203)(순도 99.7중량%, 평균 입자 직경 3.7μm) 100부를 첨가하고 혼합하여 열전도성 중합성 조성물을 조제한다.
이러한 열전도성 중합성 조성물은 조제 중 또는 조제 후에 극단적인 점도 상승을 보이지 않으며 안정성이 뛰어나다. 이러한 중합성 조성물을 Al203약 17중량%를 함유하는 폴리이미드 필름(두께 25μm)의 한 면에 도포하고 질소 가스 분위기하에 광강도 5mW/cm2의 고압 수은 램프로써 900mj/cm2의 자외선을 조사하여 광중합 처리한 다음, 열풍 순환 건조기 속에서 130℃로 5분 동안 건조 처리하여 두께가 50μm인 열전도성 감압 접착제 층을 갖는 접착 시트(전체 두께 75μm)를 제작한다.
실시예 7
열전도성 중합성 조성물을, Al203을 약 17중량% 함유하는 폴리이미드 필름(두께 25μm)의 양면에 도포하는 이외에는 실시예 6과 동일하게 하여 접착 시트(전체 두께 125μm)를 제작한다.
상기한 실시예 1 내지 7 및 비교예 3의 각 접착 시트에 관해서 하기의 방법에 따라 고온하에서 접착력 시험(내열 전단 유지력 시험) 및 열저항 시험을 실시한다. 이들 결과는 표 1에 기재한 바와 같다.
내열 전단 유지력 시험
알루미늄판(125mm × 25mm × 0.4 mm)의 길이 방향의 한 쪽 말단에 접착 면적이 20mm × 10mm로 되도록 접착 시트(폭 l0mm)를 붙이고 80℃에서 30분 동안 방치한 다음, 80℃에서 500g의 하중을 걸어 120분 이상 낙하하지 않고 유지하는지의 여부를 시험한다. 이러한 시험 결과로서 유지되는 것을 ○, 유지되지 않는 것을 ×로 평가한다.
열저항 시험
TO-220 패키지 내의 트랜지스터를 접착 시트를 사용하여 물에 침지하고 일정온도로 된 히트 싱크에 압착 압력 2Kg/cm2로 접착하거나 클립 등의 지그(jig)로 고정한 다음, 트랜지스터에 일정량의 출력을 공급하여 트랜지스터의 온도(T2)와 접착 시트 아래 쪽의 표면 온도(Tl)의 온도차(T2-T1)를 측정한다. 이러한 온도차로부터 수학식 1에 따라 열저항을 산출한다.
열저항 (℃·cm2/W)=(T2­T1)×A/P
위의 수학식 1에서,
A는 트랜지스터의 면적(cm2)이고,
P는 트랜지스터의 소비 전력(W)이다.
또한, 트랜지스터의 온도(T2)는 트랜지스터 패키지의 금속 베이스 부분에 스포트 용접된 열전쌍으로 측정한다. 또한, 접착 시트 아래 쪽의 표면 온도(Tl)는 히트 싱크에 미세한 구멍을 뚫고 열전쌍을 압입함으로써 측정한다. 이때에 열전쌍을 접착 시트의 접착 면적에 영향을 주지 않도록 가능한한 근접시켜 유지하도록 한다.
내열 전단 유지력 시험 열저항 시험(℃·㎝2/W)
실시예 1실시예 2실시예 3실시예 4실시예 5실시예 6실시예 7 ○○○○○○○ 6.53.43.36.03.23.54.2
비교예 3 ○ 15.0
상기한 표 1의 시험 결과로부터 명백한 바와 같이, 본 발명의 실시예 1 내지 7의 각 접착 시트는 모두 내열 전단 유지력을 만족시키는 동시에 열전도성이 뛰어난 것을 알 수 있다. 또한 실시예 1 내지 7의 각 접착 시트의 제작에 사용되는 열전도성 감압 접착제는 조제 중 또는 조제 후의 안정성이 뛰어나며 접착 시트 제작시의 도포 작업성 등에 어떠한 지장도 주지 않는 것을 알 수 있다.
본 발명은 전자 부품의 고정, 특히 전자 부품과 방열 부재와의 고정이나 기타 건재, 차량, 항공기, 선박 등의 각종 분야에서 부재의 고정 등의 용도에 제공되는 열전도성 및 접착성이 뛰어난, 특히 고온하에서의 접착력(내열 전단 유지력)이 큰 열전도성 감압 접착제 및 이를 시트상이나 테이프상 등의 형태로 한 접착 시트류에 관한 것이다.
상기와 같이, 본 발명은 산성 또는 염기성의 극성을 갖는 아크릴계 중합체에 대하여 상기와 동일한 극성의 열전도성 충전제를 함유시킴으로써 열전도성 및 접착성, 특히 고온하에서의 접착력과 안정성이 보다 뛰어난 열전도성 감압접착제와 이의 접착 시트류를 제공할 수 있으며 전자 부품의 고정, 이중에서도 전자 부품과 방열 부재와의 고정이나 기타 건재, 차량, 항공기, 선박 등의 각종 분야에서 부재의 고정 등의 용도 목적으로 폭넓게 이용할 수 있다.

Claims (6)

  1. 알킬기의 탄소수가 평균 2 내지 14개인 알킬 (메트)아크릴레이트를 주성분으로 하는 단량체 70 내지 99중량%와 분자 내에 산성 또는 염기성 극성기를 갖는 공중합성 단량체 30 내지 1중량%로 이루어진 단량체 혼합물의 공중합체(a) 100중량부와 상기한 공중합성 단량체의 극성기와 동일한 극성을 가지며 순도가 95중량% 이상인 열전도성 충전제(b) l0 내지 300중량부를 함유함을 특징으로 하는 열전도성 감압 접착제.
  2. 제1항에 있어서, 성분(a)의 공중합체를 구성하는 공중합성 단량체가 산성 극성기를 갖고 성분(b)의 열전도성 충전제가 SiO2, TiB2, BN, Si3N4및 TiO2로부터 선택된 하나 이상임을 특징으로 하는 열전도성 감압 접착제.
  3. 제1항 또는 제2항에 따르는 열전도성 감압 접착제 층이 기재의 한 면 또는 양면에 설치되어 있음을 특징으로 하는 접착 시트류.
  4. 제3항에 있어서, 기재가 내열성과 열전도성이 우수한 재질로 이루어짐을 특징으로 하는 접착 시트류.
  5. 제3항에 있어서, 기재가 전기절연성의 열전도성 충전제를 함유하는 플라스틱 필름으로 이루어짐을 특징으로 하는 접착 시트류.
  6. 전자 부품과 방열 부재를 제1항 또는 제2항에 따르는 열전도성 감압 접착제 또는 제3항 내지 제5항 중의 어느 한 항에 따르는 접착 시트류를 개재하여 접착 고정시킴을 특징으로 하는, 전자 부품과 방열 부재와의 고정방법.
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