전략소재로서 전기·전자·디스플레이용 고성능 일액형 에폭시 수지 기술

Abstract

에폭시 접착제는 건설, 자동차, 우주 항공 등 다양한 산업에서 적용되고 있다. 에폭시 접착제의 세계 시장은 2015년 6조원 규모에서 연평균 6.63%씩 성장하여 2026년에는 11.4조원 규모가 될 것으로 예측되고 있다.(출 처: MarketsandMarkets, 2016). 에폭시 접착제는 일반적으로 에폭시 수지와 경화제로 구성되어 있는데, 첨단 분야에서는 생산성 향상을 위해 에폭시 수지와 잠재성 경화제가 미리 혼합되어 있는 일액형 에폭시 접착제를 주로 사용하고 있다. 일액형 에폭시 접착제는 비교적 낮은 온도에서 짧은 시간 내에 접착 공정이 완료될 수 있는 저온 속경화 특 성 및 보관기간, 작업시간 동안 접착제의 물성이 변하지 않는 보존 안정성을 동시에 만족시켜야 하는데, 기술적 장벽이 매우 높아 현재 100% 수입에 의존할 수 밖에 없어 일본의 소부장 문제와 맞물려 국내 기술개발이 매우 시급한 상황이었다. 본 강연에서는 전기·전자·디스플레이용 고성능 일액형 에폭시수지 기술에 대하여 주로 가사시간(pot life) 향 상을 위한 캡슐형 잠재성 경화제의 개발, 저온 속경화 thiol계 하드너 기술개발, 그리고 응용기술로서 이를 이 용한 LED용 접착제와 디스플레이 접속소재(ACF)에 대하여 소개한다. KIST에서 국내에서 최초로 시도한 기계화학적 결합법을 이용한 건식 복합화 입자제조기술은 잠재성 경화제 표면 개질을 통하여 일액형 에폭시 접착제의 보존 안정성을 획기적으로 높일 수 있는 방법으로 전량 수입에 의 존하고 있는 전기전자디스플레이 산업에서의 advanced electronic adhesives를 국산화할 수 있는 핵심기술로 서 평가받고 있다, 또한 KIST와 한국생산기술연구원은 KIST가 보유한 에폭시 접착제 관련 원천 기술과 생기원의 제품 적용 노하우를 결합하면 디스플레이, 자동차 분야 등의 미래시장에 적용가능한 일액형 에폭시 접착제를 개발할 수 있 다는 점에 착안하여, 2016년부터 두 기관 간의 융복합 공동연구를 진행하였는데 본 강연에서는 그 결과를 소개 한다. 기존의 습식 공정 기반 잠재성 경화제 개질 방법은 에폭시 접착제의 보존 안정성을 저하시킬 뿐만 아니라, 용매 사용에 따른 경제성 저하 및 환경오염 유발이 불가피하였다. 이에 반해 기계-화학적 복합화 공정은 건식 복합화기술로서 용매를 사용하지 않고 건식 상태에서 진행되기 때문에 1)기존 기술에 비해 공정이 단순하여 공 정시간이 짧고, 2)용매 비용이 들지 않아 경제성이 뛰어나며, 3) 별도의 열처리나 건조 등 후속공정이 없고 4) 용매로 인한 환경오염 문제가 발생하지 않는다는 장점이 있으면서도 기존의 에폭시 접착제의 보존 안정성(가사 시간) 대비 2~5배 향상된 물성을 나타내었다. KIST에서는 추가로 에폭시의 잠재성 경화제 코어 물질을 자체적 으로 합성할 수 있는 기술을 확보하여 일액형 에폭시 접착제의 국산화 가능성을 한층 높였다. 특히 KIST의 복합입자 제조기술을 생기원의 경화(하드너) 기술과 접목하면 100℃ 이하의 낮은 온도에서 선 택적 경화 특성을 구현함으로써 soft electronics 분야에 적용할 수 있을 뿐만 아니라, 나노 물질과 복합화하여 전기전도성, 열전도성, 강인성 등 다양한 기능성을 부여할 수 있다. 이처럼 전략적으로 중요한 전기·전자·디스플레이용 일액형 에폭시수지의 국산화 및 사업화를 위해서는 밸류 체인 구축이 필수적인데 이를 위하여 대형 국책과제를 기획하여 수행함으로써 얻어진 성과도 일부 공유할 예정 이다. 개발된 고성능 일액형 에폭시수지 기술은 차세대 반도체 마이크로 패키징 및 배선 재료 등 기존 시장뿐만 아니라, 플렉시블 디스플레이, 미래차 전장 부품과 같은 신규 시장에도 폭넓게 적용될 것으로 기대된다.