KR900000457B1 - 납땜가능한 도전성중합체 조성물 및 그 필름형성방법 - Google Patents

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Description

납땜가능한 도전성중합체 조성물 및 그 필름형성방법

본 발명은 도전성 필름분야, 더 구체적으로는 납땜가능한 도전성 중합체 조성물 및 그 필름형성방법에 관한 것이다. 도전성 중합체필름은 공지되어 있으며, 인쇄회로와 관련하여 회로의 소자들을 연결하고 또한 다른 회로와 전기결선을 하기 위하여 사용된다.

이 도전성 중합체필름의 대부분은 도전성으로 되기 위해 은 또는 금 같은 귀금속을 함유하고 있다. 대체로, 이 같은 필름은 실크스크린기법으로 회로기판 같은 기판에 부착된 다음에 경화된다. 현재의 도전성 중합체필름은 땜납을 받지 않으므로 납땜가능한 도금금속면을 적용시킬 필요가 있다. 도금금속면은 전해 또는 전기도금 방법으로 도포된다. 그 다음에 전기도선을 도금금속면에 납땜함으로써 도전성 필름에 전기결선이 이루어진다.

은을 함유하는 도전성 중합체필름은 용해되어 빠져 나가는 경향이 있는데, 이것은 납땜중에 은이 땜납안으로 용융되는 것으로서, 종종 기판으로부터 도전성 은이 제거되어 기판이 못쓰게 되어버리기 때문에 납땜은 대단히 주의깊게 수행되어져야 한다.

종래의 도전성 중합체필름은 납땜가능하게 만들어지도록 도금의 필요성이 있다. 현재 대부분의 도전성 중합체필름에 적용되는 도금은 니켈 보론 또는 니켈 포스퍼러스의 전해조를 이용하고 있다. 그러나, 소규모의 도금은 불편하고 도금된 도전성 중합체필름(예컨대 인쇄회로기판)의 대량생산의 경우에도 상당한 문제점이었다. 예를 들면, 대량으로 도전성 중합체필름을 니켈 전해도금할 경우 대규모이고 고가이며 복잡한 투자인 적절한 도금설비의 설립이 필요한 것이다.

더 상세히 말하면, 도금실은 적절한 양과 질의 환기가 필요하고 다양한 레벨의 공기유통이 조절되어야 한다. 도금에 사용되는 탱크는 유리섬유, 폴리프로필렌, 폴로에틸렌 또는 기타 적절한, 고온(약 93℃ 범위)에 견디는 재료로 만들어져야한다.

상기 탱크는 또한 주기적인 질산세척을 견딜 수 있어야 한다. 게다가, 니켈 염이 탱크가 세정을 요하는 어떤 농도에 이르렀을 때 도금탱크를 비우고 다시 채우기 위하여 보조탱크와 운반장치가 필요하다. 적절한 수준의 열을 제공하기 위해 수정 또는 부동처리된(passivated) 스테인레스강으로 만들어진 낮은 왓트 밀도(watt density)의 침수히터가 필요하다. 침수히터를 사용하려면 국부적인 가열을 방지하기 위하여 히터에 직접적으로 공기가 강제 송풍되어야 한다.

자켓이 씌워진 탱크가 침수히터 대신에 사용될 수도 있으나 어느 경우에도 활발한 교반이 필요한 것이다. 비금속 또는 기타 내산제품을 사용하는 것이 좋다. 매일 도금조를 지속적으로 여과해야 한다. 폴리프로필렌 카트리지 필터의 사용이 바람직한데, 이 필터는 온수로 세정되어야 하며 지속적인 여과를 위하여 카트리지 필터는 매시간 6-10회 교체되어야 한다. 물론, 지속적인 여과를 위해서는 약 93℃에서 연속 운전되기에 적합한 펌프를 필요로 한다. 납땜가능한 도전성 필름이 전술한 모든 도금작업의 필요성을 없애주므로 대단히 바람직하다는 것은 쉽게 알 수 있을 것이다. 게다가, 도전성 입자가 용해되어 빠져나가지 않는 납땜 가능한 도전성 필름이 또한 바람직할 것이다. 따라서, 본 발명의 한가지 목적은 납땜가능한 도전성 중합체필름을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 하나의 목적은 도금금속면을 도포하거나 또는 추후 어떠한 도금작업도 필요없이 납땜이 가능한 도전성 중합체필름을 제공하는 것이다. 그밖에 본 발명의 목적은 어떤 표준적인 납땜방법으로도 납땜가능한 도전성 중합체필름을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 보통의 납땜 중에 도전성입자들이 기판에서 용해되어 나오지 않는 납땜 가능한 도전성 중합체필름을 제공하는 것이다.

그밖에 본 발명의 또 다른 목적은 고도로 전기전도성인 납땜가능한 필름을 제공하는 것이다. 본 발명에 의한 납땜가능한 도전성조성물은 아크릴, 카르복시화 비닐 및 에폭시로 형성된 기질에 매립되는 은 입자들을 포함한다. 이 조성물은 각 용매에 아크릴분말과 비닐분말을 용해하여 제1 및 제2용액을 형성하고, 그 다음에 이 용액들을 잉크를 만들기 위해 은(silver), 입자들 및 에폭시와 혼합함으로써 형성된다. 이 잉크는 기판에 도포되어 기판위에서 필름을 형성한다. 이 필름은 용매를 증발시키고 중합반응이 일어나도록 경화되어져서 기판상에 아크릴, 비닐 및 에폭시를 함유하는 기질에 매립된 은 입자들로 구성되는 납땜가능한 도전성 필름을 형성한다.

본 발명의 납땜가능한 도전성 조성물은 아크릴, 카르복시화비닐 및 에폭시를 함유하는 기질에 매립된 은 입자들로 구성된다. 조성물에 있어서, 제1용액은, 메틸/부틸 메타크릴레이트공중합체로서 롬 앤드 하아스컴페니 제품인 Acryloid B66 같은, 적절한 아크릴분말을 부틸카르비톨 아세테이트 같은 용매에 용해시켜서 액체 아크릴 수지를 형성함으로써 만들어진다. 제2용액인 액체비닐 수지는 카르복시화비닐분말을 부틸카르비톨 아세테이트 같은 용매에 용해시켜서 만들어진다. 액체아크릴수지와 액체비닐수지는 그 다음에 은 입자들 및 에폭시와 함께 혼합되어 잉크를 형성한다. 은 입자들은 입상분말 또는 얇은 조각형태로 되며 그 입자크기는 대체로 1-10미크론이다. 바람직한 에폭시는 셀(Shell)이 상표 828로 시판하는 에폭시, 런던케미칼럼페니(London Chemical Co.)가 상표 London P C No.549 Solder Resist로 시판하는 에폭시, 또는 맥더미드인코포레이티드(MacDermid Inc.)가 상표 9440 Solder Resist로 시판하는 에폭시 같은 고리길이가 보통인, 즉, 중간분자량의 에폭시이다. 각 재료는 깨끗한 스테인리스강 그릇에서 측량이 된다. 그 다음에 아크릴과 비닐은 각각 용매에 용해되어 액체아크릴수지와 액체 비닐수지로 된다. 그리고 은 입자들, 에폭시 및 액체 비닐수지와 액체아크릴수지는 은 분말이 분산될 때까지 혼합기로 혼합되어 잉크가 만들어진다. 은 분말은 잉크의 68-75중량%를 구성하는데, 바람직한 양은 70%이다. 액체아크를수지는 잉크의 14-20중량%를 구성하는데, 바람직한 양은 16%이다. 액체아크릴수지에 있어서 아크릴분말과 용매의 비율은 40% 아크릴대 60% 용매이다. 액체비닐수지는 잉크의 12-15중량%를 구성하는데, 바람직한 양은 12%이다. 액체비닐수지에 있어서 비닐분말과 용매의 비율은 50% 비닐대 50% 용매이다.

에폭시는 잉크의 1.5-2.5중량%를 구성하는데, 바람직한 양은 2%이다. 그 다음에 잉크는 30로울밀(3-roll mill)을 사용하여 소기의 미세도(fineness)가 얻어질 때까지 미분화된다. 이에 3-로울밀을 3-6회 통과시킬 필요가 있다. 7미크론 미만의 미세도가 바람직하다.

잉크의 점도는 0.5중량%씩 용매를 부가함으로써 낮아진다. 대부분의 경우 50,000-90,000센티포이즈(cps)의 점도가 바람직하다. 잉크는 잉크의 경화온도에 견딜 수 있는 어떠한 기판에도 적용될 수 있다. 대표적인 기판에는 에폭시 및 유리섬유로 만들어진 기판이 포함된다. 예컨데, 하나의 회로의 소자를 다른 하나의 소자에 연결하거나 또는 다른 회로가 전기결선을 하기 위하여 상기 잉크는 통상의 회로기판에 스크린 인쇄되어질 수 있다.

이러한 적용에 있어서, 잉크는 통상의 실크스크린기법을 이용하여 폭이 0.25mm(10mils)이고 다른 선과의 간격이 0.25mm(10밀)이 되는 도전성 필름의 선들을 형성하도록 스크린 인쇄되어질 수 있다. 이 잉크는 또한 축전기, 발광다이오드, 태양전지, 집적회로 캐키지 등과 같은 표면에 장착되는 소자들의 도선에도 적용될 수 있다. 이 같은 용도를 위하여 표면에 장착되는 소자들의 도선을 잉크에 담그거나 혹은 잉크를 도선에 분무해도 된다. 잉크는 또한 도선없는 표면장착소자들의 도선을 형성하도록 사용될 수도 있다.

상기 잉크는 기판상에 경화되어질 필름을 형성한다. 필름은 기판을 150-170℃의 온도에 40-50분간 노출시킴으로써 경화된다. 이것은 질소 또는 산소기권의 대류오븐에 기판을 배치하여 이루어진다. 경화중에 용매는 증발되고 중합반응이 일어나서, 아크릴, 카르복시화 비닐 및 에폭시로 만들어진 기질에 매립된 은 입자들로 형성된 단단하고 납땜가능하여 전기전도성인 필름이 남는다. 이 필름은 기판에 잘 부착되며 기판에서 이것을 떼어 내려면 900g(2파운드) 이상의 필요로 한다. 경화된 필름의 금속함량은 경화중에 용매가 증발하기 때문에 잉크에서의 금속 함량보다 크다는 것을 쉽게 알 수 있을 것이다.

은 입자들은 경화된 필름의 82-88중량%를 구성하는데, 바람직한 양은 84%이다. 아크릴은 경화된 필름의 6-9중량%를 구성하는데, 바람직한 양은 7%이다.

카르복시화 비닐은 경화된 필름의 7-8중량%를 구성하는데, 바람직한 양은 7%이다. 에폭시는 경화된 필름의 1.7-3중량%를 구성하는데 바람직한 양은 2%이다. 경화된 필름은 그 접착성 및 점착강도를 유지하고 있다. 에폭시는 필름이 도포되는 기판에 필름이 고착되는 것을 보장하도록 필름에 양호한 접착성을 부여한다고 믿어진다. 그 외에도, 에폭시는 필름의 은 입자들이 땜납에 대해 저항력을 가지게 함으로써 납땜중에 은 입자들이 용해되어 나가는 것(땜납으로 용해되어 들어가는 것)을 방지한다.

경화된 필름은 0.025mm(1mil) 두께를 갖는 단위 면적당 0.2옴의 고유저항을 갖는 양호한 도전율을 제공한다. 즉 0.025mm(1mil)의 두께를 갖는 경화된 필름의 어떤 크기의 면적도 0.2옴의 고유저항을 가질 것이다. 부가적으로, 이 필름은 땜납이 필름에 직접 부착하므로 납땜가능한 성질을 나타내며, 그 결과 도금이나 추후의 코우팅 작업이 필요하지 않는 것이다. 땜납은 어떤 표준적인 납땜방법에 의하여 또는 납땜철을 사용하여 적용될 수 있다.

특수한 용제가 필요하지 않으며, 표준적인 활성화로진용제가 사용될 수 있다. 그 밖에도, 경화된 필름은 땜납용해문제를 일으키지 않고 땜납침지(dip) 방법에 의하여 납땜 될 수 있다. 예컨대, 경화된 필름은, 땜납이 기판에서 은 입자들을 용해시킴없이, 200℃ 온도의 땜납조에 5초간 담가질 수 있다.

Claims (21)

1. 아크릴을 용매에 용해시켜 제1용액을 만들고, 카르복시화 비닐을 용매에 용해시켜 제2용액을 만들며, 상기 제1용액 및 제2용액을 은(silver) 입자들 및 에폭시와 함께 혼합시켜 잉크를 만들고, 기판에 상기 잉크를 도포하여 기판상에 필름을 형성하며, 상기 필름에 열을 가하여 용매를 증발시켜서 기판상에 납땜가능한 도전성 필름을 남기는 단계들로 이루어지는 납땜가능한 도전성필름 형성방법.
2. 제1항에 있어서, 은 입자들이 잉크의 70중량%를 구성함을 특징으로 하는 방법.
3. 제2항에 있어서, 제1용액이 잉크의 16중량%를 구성함을 특징으로 하는 방법.
4. 제3항에 있어서, 제2용액이 잉크의 12중량%를 구성함을 특징으로 하는 방법.
5. 제4항에 있어서, 에폭시가 잉크의 2중량%를 구성함을 특징으로 하는 방법.
6. 제5항에 있어서, 제1용액이 60중량%의 용매 및 40중량%의 아크릴로 구성됨을 특징으로 하는 방법.
7. 제6항에 있어서, 제2용액이 50중량%의 용매 및 50중량%의 카르복시화 비닐로 구성됨을 특징으로 하는 방법.
8. 제7항에 있어서, 제1용액 및 제2용액의 용매가 부틸 카르비롤 아세테이트임을 특징으로 하는 방법.
9. 제1항에 있어서, 상기 필름이 150-170℃의 온도에서 40-50분간 경화됨을 특징으로 하는 방법.
10. 제9항에 있어서, 상기 필름이 165℃의 온도에서 45분간 경화됨을 특징으로 하는 방법.
11. 제1항에 있어서, 기판이 회로기판임을 특징으로 하는 방법.
12. 제11항에 있어서, 잉크가 회로기판에 스크린인쇄기법으로 도포됨을 특징으로 하는 방법.
13. 아크릴, 카르복시화 비닐 및 에폭시로 이루어진 기질에 매립되는 은(silver) 입자들로 구성되는 납땜 가능한 도전성 중합체 조성물.
14. 제13항에 있어서, 84중량%의 은 입자, 7중량%의 아크릴, 7중량%의 카르복시화비닐 및 2중량%의 에폭시로 구성됨을 특징으로 하는 조성물.
15. 제13항에 있어서, 82-88중량%의 은입자, 6-9중량%의 아크릴, 7-9중량%의 카르복시화비닐 및 1.7-3중량%의 에폭시로 구성됨을 특징으로 하는 조성물.
16. 아크릴을 용매에서 용해시켜 만든 제1용액 14-20중량%와 카르복시화 비닐을 용매에 용해시켜 만든 제2용액 12-15중량%를 은(silver) 입자들이 68-75중량% 및 에폭시 1.2-2.5중량%와 함께 혼합하여 잉크를 형성하고, 상기 잉크를 기판위에 도포하여 기판상에 필름을 형성하고, 상기 필름에 열을 가하여 용매를 증발시켜 기판상에 납땜 가능한 도전성 필름을 남기는 단계들로 이루어지는 납땜가능한 도전성필름 형성방법.
17. 제16항에 있어서, 제1용액 및 제2용액의 용매가 부틸 카르비톨 아세테이트임을 특징으로 하는 방법.
18. 제17항에 있어서, 상기 제1용액이 60중량%의 용매와 40중량%의 아크릴로 구성됨을 특징으로 하는 방법.
19. 제17항에 있어서, 제2용액이 50중량%의 용매와 50중량%의 카르복시화 비닐로 구성됨을 특징으로 하는 방법.
20. 제16항에 있어서, 상기 필름이 150-170℃의 온도에서 40-50분간 경화됨을 특징으로 하는 방법.
21. 제16항에 있어서, 상기 필름이 165℃의 온도에서 45분간 경화됨을 특징으로 하는 방법.