350~400℃ 저온 접착 가능한 납프리 바나듐계 저융점 유리 개발

KISTI 『글로벌동향브리핑』 2009-12-24

주식회사 히타치 제작소와 히타치 분말야금 주식회사는 공동으로 전자 부품의 조립 공정 등에 이용하는 접착재로서 350~400℃의 저온으로 접착이 가능한 납프리 바나듐계 저융점 유리(이하, 저융점 유리)를 개발했다. 히타치와 히타치 분말은 2008년 2월에 바나듐을 주원료로 하는 420℃~500℃에서 접착이 가능한 저융점 유리를 개발했다. 유리 구조를 3차원 그물망 구조로 하는 것과 동시에 그물망 내부에 이온 반경이 큰 원소를 도입해 높은 기밀성과 내수성을 실현하고 있다. 이번에 유리 구조의 그물망 내부에 이온 반경이 큰 원소와 함께 새롭게 저융성 원소를 도입하는 것으로 2008년에 달성한 420℃~500℃의 접착 온도를 더욱 저온화하는 것과 동시에 접착시 기밀성과 내수성, 내습성 등의 신뢰성을 향상했다. 또 이 저융점 유리는 유리 구조를 제어해 열팽창 계수도 유연하게 제어할 수 있어 세라믹스, 유리, 반도체, 금속 등 열팽창 계수가 다른 여러가지 재료와 조합이 용이하고, 높은 기밀성과 신뢰성이 요구되는 IC세라믹 패키지 등 고기능 전자 부품의 접착이나 피복 등에 전개를 기대할 수 있다. 이 저융점 유리는 접착 공정에서 소자(IC 등)에 열적 충격을 줄일 수 있고 유해한 납을 포함하지 않기 때문에 생태계의 보전에도 기여한다. 히타치 분말은 오늘 12월 24일부터 이 저융점 유리의 샘플 제공을 개시한다. IC세라믹 패키지나 수정 진동자, MEMS 등의 전자 부품에서는 400℃ 이하의 높은 기밀성을 실현할 수 있는 접착 공정이 요구된다. 현재, 400℃ 이하에서 접착 가능한 접착재로서 불소를 함유한 납계 저융점 유리나 귀금속을 주성분으로 하는 땜납이 사용되고 있다. 그러나, 전자는 유해한 납이 주성분이고, 후자는 귀금속이 고가이며, 밀착성을 향상하기 위해서 금속의 기초층이 필요해 납 프리로 저비용인 접착재의 실현이 요구되고 있었다. 이러한 배경에서 히타치와 히타치 분말은 저온에서 연화가 가능하고, 열팽창을 작게 할 수 있는 바나듐계 유리에 주목해 2008년 2월에 바나듐 유리 구조를 층상 구조로부터 치밀한 3차원의 그물망 구조로 변화시키는 것으로 420℃~500℃의 온도 범위에서 기밀성이 높은 접착을 실현하는 기술을 개발했다. 또, 수분자가 비집고 들어가는 틈새에 이온 반경이 큰 원소를 도입해 내수성이나 내습성의 신뢰성을 높이는 기술을 개발했다. 히타치와 히타치 분말은 유해한 납을 함유 하지 않는 바나듐계 유리를 생태계 보전에 공헌하는 새로운 기술의 하나로 평가해 실용화를 향한 새로운 저융점화와 고신뢰화를 추구, 이번에 350℃~400℃의 저온에서 접착이 가능한 저융점 유리의 개발에 성공했다. 개발한 유리 기술의 특징은 다음과 같다. (1) 접착 온도의 저온화와 신뢰성(내수성?내습성)을 양립하는 기술 유리의 그물망 구조 안에 이온 반경이 큰 원소에 가세하고, 저융성 원소를 새롭게 도입해 수분자의 영향을 더욱 저감하는 기술을 개발했다. 그 결과, 기밀성 높은 접착과 높은 신뢰성을 유지하면서 기존의 바나듐계 저융점 유리의 접착 온도인 420℃~500℃보다 낮은 350~400℃에서 접착하는 것이 가능하게 되었다. (2) 열팽창 계수를 폭넓게 제어하는 기술 유리 구조의 그물망 안에 도입하는 원소의 종류와 수량에 의해 열팽창 계수를(90~170)×10(-7)/℃의 폭넓은 범위에서 제어할 수 있는 유리 기술을 개발했다. 일반적으로 열팽창 계수를 크게 하면, 내수성이나 내습성은 떨어지는데, 유리 구조의 그물망 안에 도입하는 원소의 종류와 수량에 의해 유리 구조를 제어하는 것으로 수분에 의한 영향을 저감할 수 있다. 90×10(-7)/℃ 이하의 열팽창 계수에 대해서는 저융점 유리 분말에 저열팽창 필러 분말을 혼입하는 것으로 열팽창 계수를 작게 한다. 이 저융점 유리는 유해한 납을 포함하지 않고 환경 부하를 저감 할 수 있어 높은 기밀성과 신뢰성이 요구되는 IC세라믹 패키지 등 고기능 전자 부품의 접착이나 피복 등에 전개를 기대할 수 있다. 1224b.jpg 출처 : http://www.hitachi.co.jp/New/cnews/month/2009/12/1224b.html