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KR100516161B1 - 실란 화합물, 그 제조방법 및 이를 사용한 유기 다이 붙임접착제와 무기물 사이의 결합방법 - Google Patents

실란 화합물, 그 제조방법 및 이를 사용한 유기 다이 붙임접착제와 무기물 사이의 결합방법 Download PDF

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KR100516161B1
KR100516161B1 KR10-2003-0028034A KR20030028034A KR100516161B1 KR 100516161 B1 KR100516161 B1 KR 100516161B1 KR 20030028034 A KR20030028034 A KR 20030028034A KR 100516161 B1 KR100516161 B1 KR 100516161B1
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Abstract

본 발명은 접착성이 상대적으로 크고, 유기 다이 붙임 접착제와 무기물을 결합시키는 실란 화합물, 그 제조방법 및 이를 이용하여 유기물과 물기물의 접착방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 실란 화합물은 X3SiR1 으로 표현되고, 여기서, X는 에폭시 화합물, 아미노 화합물, 비스페놀릭스 로 구성되는 그룹에서 선택되는 어느 하나의 화합물이고, R1은, 유기 알킬기로서, 글리시딜옥시프로필기, 2-(3,4-에폭시사이클로헥실)에틸기, 3-아크릴옥시프로필기, 3-메타크릴옥시프로필기, 아미노-프로필 기, 3-[2-(2-아미노에킬아미노)에틸아미노]프로필기, N-메틸아미노프로필기 , N-페닐아미노프로필기, N,N-다이메틸-3-아미노프로필기 , 머캡토-프로필기, 시아노-프로필기, 이소시아네이토-프로필기로 이루어지는 그룹에서 선택되는 어느 하나의 반응기이다.

Description

실란 화합물, 그 제조방법 및 이를 사용한 유기 다이 붙임 접착제와 무기물 사이의 결합방법{SILANE ADDUCT, MANUFACTURING THEREOF AND METHOD FOR COUPLING ORGANIC DIE ATTACH ADHEREVISE AND INORGANIC MATERIALS USING THE SAME}
본 발명은 각종 전자제품, 핸드폰, 컴퓨터에 탑재되는 반도체 패키지(package)양식인 Board-On-Chip(BOC), Chip Scale Package(CSP)에 사용되는 에폭시 수지, 폴리이미드(polyimide) 수지, 폴리이미드-실록산(polyimide-siloxane) 수지, 실록산(siloxane) 수지 등의 유기 접착제(adhesive)와 금속, 유리(glass), 인쇄회로기판(Printed Circuit Board, PCB) 또는 세라믹 등의 무기물을 결합시키는 실란 화합물 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 하기 [화학식1]로 표현되는 실란 화합물(adduct), 그 제조방법 및 이를 사용한 유기 다이 붙임 접착제와 무기물 사이의 결합방법에 관한 것이다.
[화학식 1]
X3SiR1
여기서, X는 에폭시 화합물(epoxy compounds), 아미노 화합물(amino compounds), 비스페놀릭스(bisphenolics)중에서 선택되는 어느 하나이다.
또한, R1은 유기 알킬기(organoalkyl (organoalkyl group)로서 글리시딜옥시프로필기 (glycidyloxypropyl group), 2-(3,4-에폭시사이클로헥실)에틸기 (2-(3,4-Epoxycyclohexyl)ethyl group), 3-아크릴옥시프로필기 (3-acryloxypropyl group), 3-메타크릴옥시프로필기 (3-methacryloxypropyl group), 아미노-프로필 기(amino-propyl group), 3-[2-(2-아미노에킬아미노)에틸아미노]프로필기 (3-[2-(2-Aminoethylamino)ethylamino]propyl group), N-메틸아미노프로필기 (N-methylaminopropyl group), N-페닐아미노프로필기 (N-phenylaminopropyl group), N,N-다이메틸-3-아미노프로필기 (N,N-dimethyl-3-aminopropyl group), 머캡토-프로필기 (mercapto-propyl group), 시아노프로필기 (cyano-propyl group) 이소시아네이토-프로필기 (isocyanato-propyl group)으로 이루어지는 그룹에서 선택되는 어느 하나의 반응기이다.
하기 [화학식 2]로 나타내어지는 종래의 실란화제는 각종 전자제품, 핸드폰, 컴퓨터, Board-On-Chip (BOC), Chip scale Package (CSP) 등의 반도체 재료에 사용되는 에폭시 수지, 폴리이미드 (polymide) 수지, 폴리이미드-실록산 (polymide-siloxane) 수지, 실록산 (siloxane) 수지 등의 유기 접착제(adhesive)와 금속, 유리(glass), 인쇄회로기판 (Printed Circuit Board, PCB) 또는 세라믹 등의 무기물을 결합시키는 커플링제로 사용되어 왔다.
[화학식 2]
(RO)3SiR1
여기서, 상기 RO기는 가수분해가 가능한 메톡시(methoxy) 혹은 에톡시(ethoxy)기이고, R1은 반응성과 고분자와의 상용성을 가지는 글리시딜옥시프로필기(glycidyloxypropyl group), 2-(3,4-에폭시사이클로헥실)에틸기(2-(3,4-Epoxycyclohexyl)ethyl group), 3-아크릴옥시프로필기(3-acryloxypropyl group), 3-메타크릴옥시프로필기(3-methacryloxypropyl group), 아미노-프로필 기(amino-propyl group), 3-[2-(2-아미노에킬아미노)에틸아미노]프로필기(3-[2-(2-Aminoethylamino)ethylamino]propyl group), N-메틸아미노프로필기(N-methylaminopropyl group), N-페닐아미노프로필기(N-phenylaminopropyl group), N,N-다이메틸-3-아미노프로필기(N,N-dimethyl-3-aminopropyl group), 머캡토-프로필기(mercapto-propyl group), 시아노프로필기(cyano-propyl group) 이소시아네이토-프로필기(isocyanato-propyl group)이다.
보다 상세하게 설명하면, 종래의 상기 [화학식 2]의 실란화제가 유기 접착제와 무기물을 결합시키기 위해서는 먼저 하기 [반응식 1]과 같이 RO 기가 가수분해되어 실라놀(silanol, -SiOH)기를 가지는 하기 [화학식 3]으로 되어야 한다. 이후 [화학식 3]의 실라놀기는 무기물과 화학적 반응을 형성하고 [화학식 3]의 R1기는 유기 접착제와 화학결합을 형성함으로써 유기 접착제와 무기물의 결합을 강화시키는 것이다.
[반응식 1]
(RO)3SiR1 + H2O -> (HO)3SiR1 + 3R-OH
[화학식 3]
(HO)3SiR1
여기서, RO, R1기는 [화학식 2]의 RO, R1기와 동일하다. 이 반응에서 발생하는 R-OH는 저분자 유기부산물이다. 이러한 R-OH는 휘발성 유기화합물이기 때문에, 안전성을 높이고 환경오염을 막기 위하여 그 부산물이 최소로 발생되게 하는 것이 바람직하다.
이러한 기존의 실란 화합물을 이용하여 유기 접착제와 무기물을 결합시키는 방법에는, 솔루션법, 드라이 블렌드법, 인테그랄 블렌드법이 이고, 이를 좀더 상세하게 설명하면 다음과 같다.
1) 솔루션(Solution)법:
솔루션법은 알코올/물 공용매에 실란화제를 첨가하여 [반응식 1]과 같이 RO-기를 가수분해하여 실라놀기를 가지는 [화학식3]의 화합물을 합성하는 방법으로서, 대략 1시간 정도 소요된다. 여기서, pH의 조절이 가수분해의 공정에서 매우 중요하다.
2) 드라이 블렌드(dry blend)법:
드라이 블렌드법은 주로 미네랄 충진재(mineral filler)에 사용되며, 실란화제를 직접 또는 용매에 섞어, 수지에 함침전 충진재에 첨가하는 방법이다. 그러나, 이 드라이 블렌드법은 충진재에 대한 실란화합물의 균일한 처리에 어려움이 있다.
3) 인테그랄 블렌드(Integral blend)법:
인테그랄 블렌드법은, 고분자 상(ploymeric phase)등에 실란화제를 직접 첨가하여 고분자 수지(polymer resin)와 균일하게 섞여있는 충진재의 표면으로 확산시키는 방법이다. 이 인테그랄 블렌드법은, 상기 솔루션법과 드라이 블렌드법을 적용하기 어려운 경우에 사용된다. 또한, 상기 인테그랄 블렌드법의 효과는 젖음 (wetting) 방법에 의하여 실란화제를 표면에 직접 처리하는 상기 솔루션법과 드라이 블렌드법의 효과에 비하여 떨어진다.
반도체에 적용되는 Board-On-Chip (BOC) 또는 Chip-Scale-Package(CSP)에서 무기물인 칩(chip)과 전기적 통로가 되는 기판(substrate)을 연결해주기 위한 유기 다이 붙임 접착제(die attach adhesive)에 실란화제를 적용하는 경우에, 칩과 기판의 각 표면 위에 실란화제를 직접 처리를 할 수 없기 때문에 솔루션법이나 드라이블랜드법을 사용할 수 없으며, 실란화제를 접착제에 직접 투입하는 인테그랄 블랜드법을 사용해야 한다.
그러나, Board-On-Chip (BOC)나 Chip-Scale-Package (CSP) 등에 적용되는 접착제에 실란화제를 첨가하기 위하여 인테그랄 블랜드법이 사용되는 경우에, 가수분해에 의하여 발생되는 R-OH기는, 다이 붙임 접착제와, 금속(metal) 또는 BT, FR4 등과 같은 고분자의 접착계면, 및 다이 붙임 접착제와 칩 사이의 접착 계면에서 보이드(void)를 유발시킨다. 이러한 보이드는 접착계면에서 불완전한 젖음특성(wetting)을 초래하고, 외부의 열적 혹은 기계적 스트레스(stress)에 의해 그 접착력이 저하되는 문제가 있다.
본 발명의 목적은 Board-On-Chip (BOC)나 Chip-Scale-Package (CSP) 등에서 유기 접착제와 무기물을 결합시킬 때 보이드(void) 등의 문제를 일으키지 않으면서 접착성과 공정성을 나타내는 하기 [화학식1]로 표현되는 실란 화합물, 그 제조방법 및 이를 사용한 유기 다이 붙임 접착제와 무기물을 결합시키는 방법을 제공하는 데에 있다.
[화학식 1]
여기서, X는 에폭시 화합물(epoxy compounds), 아미노 화합물(amino compounds), 비스페놀릭스(bisphenolics) 중에서 선택되는 어느 하나로서, (a) 상기 에폭시 화합물(epoxy compounds)은, 비스페놀 A 디글리시딜 에테르(diglycidyl ether of bisphenol A, Mn=380~50,000), 비스페놀 F 디글리시딜 에테르 (diglycidyl ether of bisphenol F, Mn=340~4,000), 페놀-노볼락 에폭시(phenol-novolac epoxy), 오르토-크레졸-노볼락 에폭시(o-cresol novolac epoxy), 비스페놀 A-노볼락 에폭시(bisphenol A-novolac epoxy), 및 디글리시딜 테레프탈레이트 (diglycidyl terephtalate)로 이루어지는 그룹에서 선택되는 하나의 화합물이고, (b) 상기 아미노 화합물(amino compounds)은, 이미다졸(imidazole), 피페리딘 (piperidine), 디시안디아이드(dicyandiamide), 4,4,'-디아미노디페닐술폰(4,4,'-diaminodiphenylsulfone(DDS)), 4,4,'-디아미노디페닐메탄(4,4'-diaminodiphenyl methane(DDM)), 4,4,'-디아미노디페닐프로판(4,4'-diaminodiphenylpropane), 4,4,' -옥시디아닐린(4,4'-oxydianiline), 1,4-사이클로헥산디아민(1,4-cyclohexanediamine), 헥사메틸렌디아민(hexamethylenediamine), 헵타메틸렌디아민 (heptamethylenediamine), 노나메틸렌디아민(nonamethylenediamine), 데카메틸렌디아민(decamethylenediamine), 2,4-디아미노톨루엔(2,4-diaminotoluene) 및 2,6-디아미노톨루엔(2,6-diaminotoluene)로 이루어지는 그룹에서 선택되는 어느 하나의 화합물이며, (c) 상기 비스페놀릭스(bisphenolics)는 4,4'-이소프로필리덴 디페놀 (4,4'-isopropylidene diphenol), 4,4'-이소프로필리덴비스(2,6-디메틸 페놀)(4,4'-isopropylidenebis(2,6-dimethyl phenol)), 4,4'-에틸리덴비스페놀 (4,4'-ethylidenebisphenol), 비스(4-하이드록시페닐)메탄(Bis(4-hydroxyphenyl)methane), 4,4'-(1,3-페닐렌디이소프로필리덴)비스페놀 (4,4'-(1,3-phenylenediisopropylidene)bisphenol), 4,4'-(1,4-페닐렌디-이소프로필리덴)비스페놀(4,4'-(1,4-phenylenedi-isopropylidene)bisphenol), 4,4'-술포닐디페놀 (4,4'-Sulfonyldiphenol), 4,4'-사이클로헥실리덴비스페놀(4,4'-cyclohexylidene bisphenol), 및 비스(4-하이드록시페닐)-2,2-디클로로에틸렌(bis(4-hydroxyphenyl)-2,2-dichloroethylene)로 이루어지는 그룹에서 선택된 어느 하나이다.
상기 R1은 유기 알킬기(organo-alkyl group)로서, 글리시딜옥시프로필기 (glycidyloxypropyl group), 2-(3,4-에폭시사이클로헥실)에틸기(2-(3,4-Epoxycyclohexyl)ethyl group), 3-아크릴옥시프로필기 (3-acryloxypropyl group), 3-메타크릴옥시프로필기(3-methacryloxypropyl group), 아미노-프로필 기(amino-propyl group), 3-[2-(2-아미노에킬아미노)에틸아미노]프로필기(3-[2-(2-Aminoethylamino)ethylamino]propyl group), N-메틸아미노프로필기(N-methylaminopropyl group), N-페닐아미노프로필기(N-phenylaminopropyl group), N,N-다이메틸-3-아미노프로필기(N,N-dimethyl-3-aminopropyl group), 머캡토-프로필기(mercapto-propyl group), 시아노프로필기(cyano-propyl group) 이소시아네이토-프로필기(isocyanato-propyl group)으로 이루어지는 그룹에서 선택되는 어느 하나의 반응기이다.
본 발명에 따른 실란 화합물 제조방법은, 5 : 95 ~ 20 : 80중량비의 물/에탄올, 에탄올, 톨루엔, n-헥산, 메틸렌 클로라이드, 클로로포름, 트리클로로에탄, 또는 테트라클로로에탄, N,N-디메틸포름아미드(N,N-dimethylformamide (DMF)), N,N-디메틸아세트아미드(N,N-dimethylacetamide(DMAc)), 및 디메틸 술폭사이드 (dimethyl sulfoxide(DMSO))로 구성되는 그룹에서 선택되는 하나의 용매의 200 ~ 5000 ml에, 유기물 X의 50 ~ 500중량부, 트리페닐포스핀 0.1 ~ 5중량부, 상기 [화학식2]의 실란화제 10 ~ 100중량부를 첨가하여 반응시킴으로써 상기 [화학식1]의 실란 화합물(adduct)을 제조하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따라 하기 [화학식 1]로 표현되는 실란 화합물(adduct)을 구성성분과 그 제조방법을 상세하게 설명하면 다음과 같다.
먼저 본 발명에 따른 실란 화합물(adduct)은 다음과 같다.
[화학식1]
여기서, X는 에폭시 화합물(epoxy compounds), 아미노 화합물(amino compounds), 비스페놀릭스(bisphenolics) 중에서 선택되는 어느 하나이다.
(a) 상기 에폭시 화합물(epoxy compounds)은, 비스페놀 A 디글리시딜 에테르(diglycidyl ether of bisphenol A, Mn=380~50,000), 비스페놀 F 디글리시딜 에테르(diglycidyl ether of bisphenol F, Mn=340~4,000), 페놀-노볼락 에폭시(phenol-novolac epoxy), 오르토-크레졸-노볼락 에폭시(o-cresol novolac epoxy), 비스페놀 A-노볼락 에폭시(bisphenol A-novolac epoxy), 및 디글리시딜 테레프탈레이트(diglycidyl terephtalate)로 이루어지는 그룹에서 선택되는 어느 하나의 화합물이다.
(b) 또한, 상기 아미노 화합물(amino compounds)은, 이미다졸(imidazole), 피페리딘(piperidine), 디시안디아마이드(dicyandiamide), 4,4,'-디아미노디세틸술폰(4,4,'-diaminodiphenylsulfone(DDS)), 4,4,'-디아미노페닐메탄(4,4'-diaminodiphenylmethane(DDM)), 4,4,'-디아미노디페닐프로판(4,4'-diaminodiphenylpropane), 4,4,'-옥시디아닐린(4,4'-oxydianiline), 1,4-사이클로헥산디아민(1,4-cyclohexanediamine), 헵사메틸렌디아민(hexamethylenediamine), 헵타메틸렌디아민(heptamethylenediamine), 노나메틸렌디아민 (nonamethylenediamine), 데카메틸렌디아민(decamethylenediamine), 2,4-디아미노톨루엔(2,4-diaminotoluene) 및 2,6-디아미노톨루엔(2,6-diaminotoluene)로 이루어지는 그룹에서 선택되는 어느 하나의 화합물이다.
(c) 상기 비스페놀릭스(bisphenolics)는, 4,4'-이소프로필리덴 디페놀 (4,4'-isopropylidene diphenol), 4,4'-이소프로필리덴비스(2,6-디메틸 페놀) (4,4'-isopropylidenebis(2,6-dimethyl phenol)), 4,4'-에틸리덴비스페놀(4,4'-ethylidenebisphenol), 비스(4-하이드록시페닐)메탄(Bis(4-hydroxyphenyl)methane), 4,4'-(1,3-페닐렌디이소프로필리덴)비스페놀(4,4'-(1,3-phenylenediisopropylidene)bisphenol), 4,4'-(1,4-페닐렌디-이소프로필리덴)비스페놀(4,4'-(1,4-phenylenedi-isopropylidene)bisphenol), 4,4'-술포닐디페놀 (4,4'-Sulfonyldiphenol), 4,4'-사이클로헥실리덴비스페놀(4,4'-cyclohexylidene bisphenol), 및 비스(4-하이드록시페닐)-2,2-디클로로에틸렌(bis(4-hydroxyphenyl)-2,2-dichloroethylene)로 이루어지는 그룹에서 선택된 어느 하나이다.
상기 R1은 유기 알킬기(organo-alkyl group)로서, 글리시딜옥시프로필기 (glycidyloxypropyl group), 2-(3,4-에폭시사이클로헥실)에틸기(2-(3,4-Epoxycyclohexyl)ethyl group), 3-아크릴옥시프로필기(3-acryloxypropyl group), 3-메타크릴옥시프로필기(3-methacryloxypropyl group), 아미노-프로필 기(amino-propyl group), 3-[2-(2-아미노에킬아미노)에틸아미노]프로필기(3-[2-(2-Aminoethylamino)ethylamino]propyl group), N-메틸아미노프로필기(N-methylaminopropyl group), N-페닐아미노프로필기(N-phenylaminopropyl group), N,N-다이메틸-3-아미노프로필기(N,N-dimethyl-3-aminopropyl group), 머캡토-프로필기(mercapto-propyl group), 시아노프로필기(cyano-propyl group) 이소시아네이토-프로필기(isocyanato-propyl group)로 이루어지는 그룹에서 선택되는 어느 하나의 반응기이다.
상기 X기는 무기물과 물리적 흡착 또는 화학적 결합을 형성하고, R1기는 다른 유기 접착제와 화학결합을 형성함으로써 무기물과 유기 접착제의 결합이 가능하게 된다.
본 발명의 실란 화합물은, 종래 [화학식 2]의 실란 화합물의 구성 요소에서 RO기를 X기로 치환된 화합물로서, 가수분해를 하지 않고 무기물과 결합될 수 있다.
또한 전자재료에 쓰이는 유기접착제 상에서 반응이 가능하기 때문에 기존의 실란화제가 공정 중에 적용되어 가수분해로 인해 발생하는 저분자 R-OH에 의한 계면 보이드 형성 문제가 발생하지 않는다. 즉, 기존의 실란계 화합물에서 가수분해 공정이 필요없을 뿐만 아니라, 접착 반응에 기여하지 않고 계면 특성을 저하시키는 저분자 물질의 발생도 일어나지 않아 높은 접착특성의 계면을 갖게 된다.
한편, 본 발명의 실란 화합물(adduct)을 제조하는 방법을 설명하면 다음과 같다.
용매로서 5 : 95 ~ 20 : 80 중량비의 물/에탄올, 에탄올, 톨루엔, n-헥산, 메틸렌 클로라이드, 클로로포름, 트리클로로에탄, 테트라클로로에탄, N,N-디메틸포름아미드(N,N-dimethylformamide(DMF)), N,N-디메틸아세트아미드(N,N-dimethylacetamide(DMAc)), 및 디메틸 술폭사이드 (dimethyl sulfoxide(DMSO))로 이루어지는 그룹에서 선택되는 어느 하나의 용매200 ~ 5000 ml에, 상기 유기물 X의 50 ~ 500중량부, 트리페닐포스핀 0.1 ~ 5중량부, 상기 실란화제([화학식 2]) 10 ~ 100중량부를, 도 1에 나타낸 것과 같은 반응기에 첨가한 다음에, 50 ~ 200℃의 온도를 유지할 수 있는 용기(3) 내에서 2 ~ 8시간 동안, 교반기(4)에 의하여 100 ~ 500rpm의 속도로 교반시켜 반응시킨다.
이때, 물/에탄올 또는 에탄올을 용매로 사용하는 경우, 용매 100중량부에 대하여 0.01 ~ 0.5중량부의 아세트산을 첨가하는 것이 바람직하다.
또한, 반응시 용매를 리플럭스 (reflux)함으로써 용매의 손실을 줄일 수 있고, 알코올 등의 부산물을 지속적으로 제거함으로써, X로 치환 반응을 비가역적 (irreversible)으로 유지할 수 있다.
반응이 완결되면 진공으로 용매 및 잔류 미반응물을 제거한다.
여기서, 도 1에 나타낸 반응기에서, 그 구성요소 중에 1은 콘덴서이고, 1-1은 입수관이고, 1-2는 출수관이명, 3-1은 반응물(reactants) 투입관이고, 3-1은 진공을 형성하기 위한 관이며, 5는 온도계를 나타낸다.
[실시예1]
트리클로로에탄(trichloroethane) 용액 200ml에 4-4'-이소프로필리덴디페놀(비스페놀A)(4,4'-isopropylidene diphenol(bisphenol A)) 30g과 (3-아미노프로필)트리메톡시실란 ((3-Aminopropyl)trimethoxysilane) 10g과 트리페닐포스핀 (triphenylphosphine) 0.1g을 95℃의 용기(bath) 내 반응기에 넣고, 2시간 반응시킨후 50℃ 이하로 용액을 냉각시킨 후 진공으로 잔류 트리클로로에탄 (trichloroethane)용액을 제거한다.
[실시예2]
트리클로로에탄(trichloroethane)용액 200ml에 4-4'-이소프로필리덴디페놀(비스페놀A)(4,4'-isopropylidene diphenol (bisphenol A)) 30g과 (3-글리시딜옥시)트리메톡시실란((3-Glycidyloxy)trimethoxysilane) 10g과 트리페닐포스핀 (triphenylphosphine) 0.1g을 95℃의 용기내의 반응기에 넣고, 2시간 반응시킨후 50℃ 이하로 용액을 냉각시킨 후 진공으로 잔류 트리클로로에탄 (trichloroethane)용액을 제거한다.
[실험예]
본 발명의 실란 화합물(adduct)과 종래의 실란화제의 결합력을 비교하기 위하여 아래와 같이 실험하였다.
비스페놀 A 디글리시딜 에테르(Diglycidyl ether of Bisphenol A) 에폭시 100g에, 상기 실시예1과 실시예2의 실란 화합물(adduct) 1g을 각각 넣었을 경우와, 비교예로서, (3-아미노프로필)트리메톡시실란((3-Aminopropyl)trimethoxysilane)와 (3-글리시딜옥시)트리메톡시실란((3-Glycidyloxy)trimethoxysilane) 을 각각 넣었을 경우를 비교하였다. 이 경우 사용된 접착제의 레서피(recipe)는 다음과 같다.
DGEBA epoxy (Mn=380, Kukdo chemical) ------------------- 50g
50gDGEBA epoxy (Mn=975, Kukdo chemical) ------------------- 50g
Dicyandiamide (DICY, Aldrich) ------------------------------ 4g
Carboxyl terminated butadiene acrylonitrile copolymer(CTBN-13, BF Goodrich) ---------------------------------------------------- 10g
Modified Silane Adduct -------------------------------- 1g
두 종류의 Epoxy를 80℃에서 30분 혼합 후 CTBN13 rubber를 첨가하고 30분간 200rpm의 속도로 균일한 혼합이 되도록 교반시켰다. DICY와 변성 실란 화합물(adduct)을 동시에 투입한 후 120℃에서 30분간 200rpm의 속도로 기계적인 교반과 함께 진공을 걸어 반응 중에 발생한 거품(bubble)을 제거했다. 용액은 닥터 블레이드(doctor blade)를 사용하여 기판으로서 각각 두께가 35㎛인 전해동박 기판 (electrolytic copper foil substrate)과 두께가 50㎛의 유기물인 Upilex-S PI위에 50㎛의 두께로 도포한 후 175℃에서 1시간 경화 후에 접착력을 비교하였다. 사용한 접착력 테스트 방법은 ASTM D1876-72를 따랐다.
[표 1]
코드(Code) 물질 (Material) Peel strength (g/cm)
Cu foil(동박) Upilex S
비교예1 (S1) (3-Aminopropyl)trimethoxysilane 1220 810
비교예2 (S2) (3-Glycidyloxy)trimethoxysilane 1050 740
실시예1 (MS1) Modified silane adduct 1840 1200
실시예2 (MS2) Modified silane adduct 1530 1120
[표 2]
Comparative peel strength
동박 (Cu foil) Upilex S
MS1/S1 1.58* 1.48
MS2/S2 1.46 1.51
상기 표에서, 1 이상의 값은 변성된 실란화합물이 변성되지 않은 실란 화합물보다 상대적으로 더 큰 성능을 나타낸다. 곧, 상기 [표 1] 및 [표 2]에 나타난 바와 같이, 본 발명의 실란화제 (MS1, MS2)의 접착력을 종래의 실란화제 (S1, S2)의 접착력으로 나눈 값이 모두 1. 46이상을 보여주고 있어 본 발명의 실란 화합물(adduct)은 금속 재료인 전해동박 (electrolytic copper foil)과 유기재료인 PI에서 모두 종래의 실란화제에 비해 높은 접착력값을 보여주고 있음을 알 수 있다. 따라서 본 발명의 실란 화합물(adduct)은 종래의 실란화제에 비하여, 무기물-유기물간의 결합을 강력하게 접착할 수 있다.
따라서, 지금까지 설명한 본 발명에 따른 실란 화합물(adduct)은, 접착에 나쁜 영향을 미치는 저분자 물질을 발생하지 않기 때문에, 환경오염을 일으키지 않는다. 또한, 접착제로 사용될 경우에, 기판 계면에서 기포와 부식을 일으키지 않기 때문에 다양한 유기-무기 재료의 접착에 사용될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 실란 화합물(adduct)을 합성하기 위한 반응기의 구성도이다.

Claims (15)

  1. 하기 [화학식 1]로 표현되는 실란 화합물(silane adduct)로서,
    [화학식 1]
    여기서, X는 에폭시 화합물(epoxy compounds), 아미노 화합물(amino compounds), 비스페놀릭스(bisphenolics)로 구성되는 그룹에서 선택되는 어느 하나의 화합물이고, R1은, 유기 알킬기(organo-alkyl group)로서, 글리시딜옥시프로필기(glycidyloxypropyl group), 2-(3,4-에폭시사이클로헥실)에틸기(2-(3,4-Epoxycyclohexyl)ethyl group), 3-아크릴옥시프로필기(3-acryloxypropyl group), 3-메타크릴옥시프로필기(3-methacryloxypropyl group), 아미노-프로필기(amino-propyl group), 3-[2-(2-아미노에킬아미노)에틸아미노]프로필기(3-[2-(2-Aminoethylamino)ethylamino]propyl group), N-메틸아미노프로필기 (N-methylaminopropyl group), N-페닐아미노프로필기 (N-phenylaminopropyl group), N,N-다이메틸-3-아미노프로필기 (N,N-dimethyl-3-aminopropyl group), 머캡토-프로필기(mercapto-propyl group), 시아노-프로필기(cyano-propyl group), 이소시아네이토-프로필기(isocyanato-propyl group)로 이루어지는 그룹에서 선택되는 어느 하나의 반응기이다.
  2. 제1항에 있어서, 상기 에폭시 화합물(epoxy compounds)은,
    비스페놀 A 디글리시딜 에테르(diglycidyl ether of bisphenol A, Mn=380~50,000), 비스페놀 F 디글리시딜 에테르(diglycidyl ether of bisphenol F, Mn=340~4,000), 페놀-노볼락 에폭시(phenol-novolac epoxy), 오르토-크레졸-노볼락 에폭시(o-cresol novolac epoxy), 비스페놀 A-노볼락 에폭시(bisphenol A-novolac epoxy), 및 디글리시딜 테레프탈레이트(diglycidyl terephtalate)로 구성되는 그룹에서 선택되는 어느 하나의 화합물인 것을 특징으로 하는 실란 화합물(adduct).
  3. 제1항에 있어서, 상기 아미노 화합물(amino compounds)은
    이미다졸(imidazole), 피페리딘(piperidine), 디시안디아마이드 (dicyandiamide), 4,4,'-디아미노디세틸술폰(4,4,'-diaminodiphenylsulfone(DDS)), 4,4,'-디아미노페닐메탄(4,4'-diaminodiphenylmethane(DDM)), 4,4,'-디아미노디페닐프로판(4,4'-diaminodiphenylpropane), 4,4,'-옥시디아닐린(4,4'-oxydianiline), 1,4-사이클로헥산디아민(1,4-cyclohexanediamine), 헵사메틸렌디아민 (hexamethylenediamine), 헵타메틸렌디아민(heptamethylenediamine), 노나메틸렌디아민(nonamethylenediamine), 데카메틸렌디아민(decamethylenediamine), 2,4-디아미노톨루엔(2,4-diaminotoluene) 및 2,6-디아미노톨루엔(2,6-diaminotoluene)로 구성되는 그룹에서 선택되는 어느 하나의 화합물인 것을 특징으로 하는 실란 화합물(adduct).
  4. 제1항에 있어서, 상기 비스페놀릭스 (bisphenolics)는
    4,4'-이소프로필리덴 디페놀(4,4'-isopropylidene diphenol), 4,4'-이소프로필리덴비스(2,6-디메틸 페놀)(4,4'-isopropylidenebis(2,6-dimethyl phenol)), 4,4'-에틸리덴비스페놀(4,4'-ethylidenebisphenol), 비스(4-하이드록시페닐)메탄 (Bis(4-hydroxyphenyl)methane), 4,4'-(1,3-페닐렌디이소프로필리덴)비스페놀 (4,4'-(1,3-phenylenediisopropylidene)bisphenol), 4,4'-(1,4-페닐렌디-이소프로필리덴)비스페놀(4,4'-(1,4-phenylenedi-isopropylidene)bisphenol), 4,4'-술포닐디페놀(4,4'-Sulfonyldiphenol), 4,4'-사이클로헥실리덴비스페놀(4,4'-cyclohexylidene bisphenol), 및 비스(4-하이드록시페닐)-2,2-디클로로에틸렌 (bis(4-hydroxyphenyl)-2,2-dichloroethylene)로 구성되는 그룹에서 선택되는 어느 하나의 화합물인 것을 특징으로 하는 실란 화합물(adduct).
  5. 5 : 95 ~ 20 : 80중량비의 물/에탄올, 에탄올, 톨루엔, n-헥산, 메틸렌 클로라이드, 클로로포름, 트리클로로에탄, 또는 테트라클로로에탄, N,N-dimethylformamide(DMF), N,N-dimethylacetamide(DMAc), 및 dimethyl sulfoxide(DMSO)로 구성되는 그룹에서 선택되는 하나의 용매 200 ~ 5000 ml에, 유기물 X의 50 ~ 500중량부, 트리페닐포스핀 0.1 ~ 5중량부, 하기 [화학식2]의 실란화제 10 ~ 100중량부를 첨가하여 반응시킴을 특징으로 하는 [화학식1]의 실란 화합물(adduct)의 제조방법으로서,
    [화학식 1]
    [화학식 2]
    (RO)3SiR1
    여기서, X는 에폭시 화합물(epoxy compounds), 아미노 화합물(amino compounds) 및 비스페놀릭스(bisphenolics)로 구성되는 그룹에서 선택되는 어느 하나의 화합물이고, 상기 R1은 유기 알킬기(organo-alkyl group)로서 글리시딜옥시프로필기(glycidyloxypropyl group), 2-(3,4-에폭시사이클로헥실)에틸기(2-(3,4-Epoxycyclohexyl)ethyl group), 3-아크릴옥시프로필기(3-acryloxypropyl group), 3-메타크릴옥시프로필기(3-methacryloxypropyl group), 아미노-프로필기(amino-propyl group), 3-[2-(2-아미노에킬아미노)에틸아미노]프로필기(3-[2-(2-Aminoethylamino)ethylamino]propyl group), N-메틸아미노프로필기 (N-methylaminopropyl group), N-페닐아미노프로필기 (N-phenylaminopropyl group), N,N-다이메틸-3-아미노프로필기(N,N-dimethyl-3-aminopropyl group), 머캡토-프로필기 (mercapto-propyl group), 시아노-프로필기(cyano-propyl group), 이소시아네이토-프로필기 (isocyanato-propyl group)로 구성되는 그룹에서 선택되는 어느 하나의 반응기이다.
  6. 제5항에 있어서, 상기 에폭시 화합물(epoxy compounds)는
    비스페놀 A 디글리시딜 에테르(diglycidyl ether of bisphenol A, Mn=380~50,000), 비스페놀 F 디글리시딜 에테르(diglycidyl ether of bisphenol F, Mn=340~4,000), 페놀-노볼락 에폭시(phenol-novolac epoxy), 오르토-크레졸-노볼락 에폭시(o-cresol novolac epoxy), 비스페놀 A-노볼락 에폭시(bisphenol A-novolac epoxy), 및 디글리시딜 테레프탈레이트(diglycidyl terephtalate)로 구성되는 그룹에서 선택되는 어느 하나의 화합물인 것을 특징으로 하는 [화학식1]의 실란 화합물(adduct)의 제조방법.
  7. 제5항에 있어서, 상기 아미노 화합물 (amino compounds)은
    이미다졸(imidazole), 피페리딘(piperidine), 디시안디아마이드 (dicyandiamide), 4,4,'-디아미노디세틸술폰(4,4,'-diaminodiphenylsulfone(DDS)), 4,4,'-디아미노페닐메탄(4,4'-diaminodiphenylmethane(DDM)), 4,4,'-디아미노디페닐프로판(4,4'-diaminodiphenylpropane), 4,4,'-옥시디아닐린(4,4'-oxydianiline), 1,4-사이클로헥산디아민(1,4-cyclohexanediamine), 헵사메틸렌디아민 (hexamethylenediamine), 헵타메틸렌디아민(heptamethylenediamine), 노나메틸렌디아민(nonamethylenediamine), 데카메틸렌디아민(decamethylenediamine), 2,4-디아미노톨루엔(2,4-diaminotoluene) 및 2,6-디아미노톨루엔(2,6-diaminotoluene)로 구성되는 그룹에서 선택되는 어느 하나의 화합물인 것을 특징으로 하는 [화학식1]의 실란 화합물(adduct)의 제조방법.
  8. 제5항에 있어서, 상기 비스페놀릭스(bisphenolics)는
    4,4'-이소프로필리덴 디페놀(4,4'-isopropylidene diphenol), 4,4'-이소프로필리덴비스(2,6-디메틸 페놀(4,4'-isopropylidenebis(2,6-dimethyl phenol)), 4,4'-에틸리덴비스페놀(4,4'-ethylidenebisphenol), 비스(4-하이드록시페닐)메탄 (Bis(4-hydroxyphenyl)methane), 4,4'-(1,3-페닐렌디이소프로필리덴)비스페놀 (4,4'-(1,3-phenylenediisopropylidene)bisphenol), 4,4'-(1,4-페닐렌디-이소프로필리덴)비스페놀(4,4'-(1,4-phenylenedi-isopropylidene)bisphenol), 4,4'-술포닐디페놀(4,4'-Sulfonyldiphenol), 4,4'-사이클로헥실리덴비스페놀(4,4'-cyclohexylidene bisphenol), 및 비스(4-하이드록시페닐)-2,2-디클로로에틸렌 (bis(4-hydroxyphenyl)-2,2-dichloroethylene)로 구성되는 그룹에서 선택되는 어느 하나의 화합물인 것을 특징으로 하는 [화학식1]의 실란 화합물(adduct)의 제조방법.
  9. 제5항에 있어서, 상기 반응은
    50 ~ 200℃ 온도 분위기에서 2 ~ 8시간 동안 100 ~ 500rpm의 속도로 교반되는 것을 특징으로 하는 [화학식 1]의 실란 화합물(adduct)의 제조방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 반응시키는 단계는
    반응됨에 따라 생성되는 부산물을 연속적으로 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 [화학식1]의 실란 화합물(adduct)의 제조방법.
  11. 제9항에 있어서, 용매를 리플럭스(reflux)하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 [화학식1]의 실란 화합물(adduct)의 제조방법.
  12. 제5항에 있어서, 물/에탄올 공용매 또는 에탄올 용매를 사용하는 경우, 용매 100중량부에 대하여 아세트산을 0.01 ~ 0.5 중량부를 사용하는 것을 특징으로 하는 [화학식1]의 실란 화합물(adduct)의 제조방법.
  13. 제1항의 화합물을 이용하여 유기 다이 붙임 접착제와 무기물을 결합시키는 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 유기 접착제는
    에폭시 수지, 폴리이미드 (polyimide) 수지, 폴리이미드-실록산 (polyimide-siloxane) 수지, 실록산 (siloxane) 수지 중에서 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 유기 다이 붙임 접착제와 무기물을 결합시키는 방법.
  15. 제13항에 있어서, 상기 무기물은
    금속, 유리, 인쇄회로기판 (PCB) 또는 세라믹 중에서 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 유기 다이 붙임 접착제와 무기물을 결합시키는 방법.
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