R&D 동향분석보고서

정보 자용 코 착기능 소재

강종석, 이상필, 남상용

<목 차>

I. 서론 ····························································································································1

II. 기술동향 ··················································································································1

1. 기술의 개요 ·······································································································································1

2. 기술의 특성 ·······································································································································3

(1)도 성 고분자 수지 복합체 (Polymer-Matrix composite containing conductive fillers) ··················7

(2) 도성 착제 (Conductive Adhesive) ·····················································································7

(3)도 성 고분자 (Intrinsically Conductive Polymers, ICP) ····················································9

2. 연구개발동향 ···································································································································12

(1)해외 ·················································································································································12

(2)국내 ·················································································································································15

III. 효과 ···············································································································17

IV. 결론 망 ·······································································································18

V. 참고자료 ················································································································20

<표 목 차>

<표-1> 도성 착제의 구성재료[10] ·································································································2

<표-2> 일본의 속섬유 충 도 성 라스틱의 주요 메이커 ·····················································4

<표-3> 국내 차폐용 도 성 라스틱 출원인 황 ·································································16

<그 림 목 차>

<그림-1> 도 성 라스틱의 충 제 충 율과 항치 ···································································6

<그림-2> 표 도성고분자의 분자구조 ···················································································10

<그림-3> 폴리아닐린 구조식 ···············································································································11

- 1 -

I. 서론

오늘날 자제품이나 부품의 합에 있어서 과거 필수 으로 수행해오던

납땜에 하여 도성 착제로 체하려는 시도가 진행되고 있으며, 이는

지구의 온난화, 오존층의 괴 등 지구환경에 미치는 여러 가지 문제 이

두되고 있는 가운데 납에 한 공해문제가 크게 두되고 있기 때문이다.

한 활용 잠재성이 높은 산업분야인 기능성고분자 콘덴서, 폴리머 2차 지,

유기EL, 부식방지용 도료, 방지제 등에서의 상용화가 가속되어 이미

형 시장을 형성하기 시작하 다. 특히, 기능성고분자 콘덴서와 폴리머 2차

지는 이미 각각 10억 달러 이상의 생산량에 달했으며, 유기EL도 형

시장을 목표로 상용화 완료 단계에 있다. 따라서 낮은 기 도도 기계

물성 수 에서 도 성 고분자(ICP, Intrinsically Conductive Polymer) 는

도 성 복합체(Conductive Composite)에 한 연구개발이 가속화되고 있다.

이러한 ICP의 고유 물성은 자 차폐재로서의 활용이 가능하며, 각각의

용분야에 맞는 착제 형태(Adhesive Paste)로 개발되고 있다.

유기소재, 특히 고분자 소재의 도 화에는 (1)고분자 필름에 도 성 표면처

리를 하여 도 성표면을 형성하는 방식(도 성 도료, 코 , 테이 등), (2)비

도 성 고분자 수지물에 도 성 충 제를 혼입하는 방식(도 성 라스틱

는 착제), (3)고분자 수지 그 자체가 갖는 원천 도 성을 이용하는 방식

(도 성 고분자) 등이 있는데 본 보고서에는 (2)와 (3)을 다루고자 하며 양자

를 묶어서 『도 성 수지』라 통칭하며, 이하 기술내용 세부 기술동향을

서술하고자 한다.

II. 기술동향

1. 기술의 개요

도 성수지에는 부도체인 범용 라스틱 매트릭스에 속, 카본 등의 도 성

충 제를 혼입하여 도 화한 복합재료(polymer-matrix composites containing

conductive fillers)와 고분자수지 매트릭스 그 자체가 원천 으로 도 성을 갖

는 도 성 유기 고분자(ICP/Intrinsically Conductive Polymer) 등 두 종류로

- 2 -

크게 분류될 수 있는데 이들은 도 성 수지형태(복합체 포함)로 착력이 부가

되어 응용된다.[1-4]

도 성 착제(Electroconductive Adhesive)는 기․ 자 제품이나 회로의

배선 합에 사용하는 기 도성을 가진 착제로, 에폭시 수지에 은 입자

를 배합한 것이 가장 일반 으로 사용되고 있다.

도성을 부여하는 재료로는 <표-1>에 나타낸 바와 같이 은이 가장 표

이며, 기 에서는 산화되지 않고, 귀 속 에서는 비교 가격이 싸고,

입자의 제조, 이크(Flake) 상으로 가공하는 것이 용이하기 때문에 가장

일반 으로 사용되고 있다. 이 외에 니 이나 구리, 카본블랙 는 복합재료

나 합 도 실용화되어 있다. 매트릭스로서는 열경화성 수지로서 에폭시 수지

가 실 이 가장 많고, 그 외에 페놀수지, 실리콘수지, 폴리이미드수지 등이

있다. 최근 열가소성 수지를 사용하는 착제도 개발되어 있으며, 열가소성

수지를 사용할 경우 보수가 용이한 장 이 있다.[5-9]

<표-1> 도성 착제의 구성재료[10]

도성 착제 열가소성 도성 착제 열경화성 도성 착제

수지

에폭시 수지, 폴리에스터 수지,

아크릴 수지, 폴리이미드 수지,

폴리술폰

에폭시 수지, 페놀 수지,

멜라민 수지, 폴리이미드 수지

필러 은, 구리, , 팔라듐, 은-팔라듐 합 , 탄소, 니

기타용제

첨가제

경화제

첨가제

재 실용 인 도성 수지 재료로서는 도성 착제(ECA: 등방성 착

제), 이방 도성 필름(ACF: Anisotropic Conductive Film) 이방 도성 페

이스트(ACP: Anisotropic Conductive Paste)가 있으며, 모두 유기고분자화합

물을 매트릭스로 하여 도성 미립자를 분산시킨 것이다.

ICP는 고분자 사슬을 따라 넓게 펼쳐진 -conjugation 분자구조에 자가

비편재화(非偏在化)된 특이한 유형의 고분자이다. 일반 으로 -conjugation

결합형태의 분자구조가 고분자 사슬에 존재하면 doping에 의해 자 도가

비편재화 되며 이것으로부터 기 도가 일어 날 수 있게 된다. ICP를 사용

- 3 -

한 도 성 수지의 개발은 여러 가지 장 을 기 할 수 있어 가속화되고 있

으나, 아직은 착이후의 소재의 기계 물성이 만족스럽지 않으며, 한 페

이스트(Paste)형태의 가공성에 많은 문제 을 노출시켜 상업 보편성을 얻

지 못하고 있으나, 개발 속도로 보아 가까운 장래에 보편화될 망을 보이고

있다. ICP의 자 차폐 페이스트로서의 상용화에 있어 기 되는 최 강

은 PVC, PMMA 등 가의 범용 라스틱 매트릭스에 ICP를 혼입하여 도

성 고분자 블랜드(Polymer Blend)를 제조할 수 있다는 것이다.[12-14]

부분의 ICP는 물리 가열에 의한 연화 용융성이 낮으며, 용매 용해

성, 범용 고분자와의 상용성(Compatibility) 등의 문제로 인해 실용화가 늦어

지고 있다. 그러나 최근 나노테크의 발 과 더불어 ICP를 나노 수 의 특수

한 극미세 입자구조 형태로 만들어 범용 고분자에 분산(disperse)한 형태의

IPC를 제조하는 기술이 개발됨에 따라 손쉽게 도 성 고분자 블랜드 페이스

트(Conductive Polymer Blend Paste)를 형성할 수 있게 되었다.

2. 기술의 특성

(1)도 성 고분자 수지 복합체 (Polymer-Matrix composite containing conductive fillers)

도 성 고분자 수지 복합체는 비 도성 고분자 수지에 속 탄소입자 등을 혼

입시켜 복합재료 형태로 도 화하여, 자 차폐능, 기 도성의 유지를

한 합기능을 할 수 있도록 하는 것이 종래부터 시도되었다. 알루미늄,

동, 스테인리스 등의 속을 단섬유화, 단편화(flake) 한 것을 라스틱에 혼

입하여, 도 성 라스틱으로 한 것이 표 인 것이지만, 이외에 유리섬유

표면에 각종 속도 을 한 것, 탄소섬유에 니 도 한 것을 짧게 잘라 혼

입한 것도 있다.[15] 이것은 어느 것이나 속을 섬유나 미립자에 코 한 충

제를 사용하여 라스틱의 도 성 향상을 꾀한 것이다.

[고분자 매트릭스] 매트릭스로 사용되는 수지는 ABS, Nylon(PA),

Polypropylene(PP), Polystyrene(PS), Polycarbonate(PC), PBT, POM, PET,

PEEK, ABS 등 거의 모든 열가소성 수지가 포함되며, 특화된 물리화학 특

성(① 체 항치가 작아 도 성 발 이 우수할 것, ② 분산체와의 상용성/

- 4 -

분산성이 좋을 것, ③ 경제성 확보가 가능할 것, ④ 성형 가공성이 우수할

것, ⑤ 착색성이 좋을 것, ⑥ 난연성일 것)이 요구 된다[16].

아래 <표-2>은 일본의 속섬유 충 도 성 고분자 복합체의 주요 제조사를

조사한 것이다.

<표-2> 일본의 속섬유 충 도 성 라스틱의 주요 메이커

제조사 제품명 속섬유 매트릭스 수지

카네보 베루쉴드철섬유, 황동섬유,

스테인 스섬유

PA6, PA66, PBT,

PP, ABS, 변성PPE

미츠비시 이욘 다이야스타트 스테인 스섬유 PBT, ABS

토시바 미칼 에미크리어 동섬유 PS, ABS, 변성PPE

아론카세이 Conductor PLS황동섬유,

스테인 스섬유ABS, 변성PPE

신니테츠카가쿠 에스 리아 스테인 스섬유 ABS, HIPS

수미토모베크라이트 수미콘FM 속섬유 ABS, PP, PC/ABS

토요잉크세이조 리오콘구트 스테인 스섬유

ABS, PC, PC/ABS,

PA66, POM, PET,

PBT

LNP 에믹스(EMI-X) 스테인 스섬유 PC, PC/ABS, PA6

카와테츠테크노리서치서스테크

(SUSTEC)

Stainless Micro

FiberPP, PS, PEEK 등 다수

(source: 플리스틱스(일본), 50(10), P59, 1999)

고분자 매트릭스(matrix)에 도 성 충 제를 혼입한 도 성 고분자 복합수

지물은 성형가공성(Processability/Moldability)이 우수하다는 장 을 갖고 있

으며, 이러한 복합소재는 도 성 고분자는 도가 낮아 경량성의 장 을 갖

는다. 라스틱 매트릭스는 일반 으로 부도체이기 때문에 도성에 직

으로 기여하지는 않으나 혼입된 도 성 충 제의 연결성(connectivity)에

계되고 연결성의 향상은 기 도도를 높이게 된다.

자 차폐용 고분자 하우징 제조의 경우, 라스틱 하우징을 제조한 후

그 표면에 도 성도료( 속분말, 탄소섬유 등을 도 성 충 제로 하여 합성

수지와 혼합한 도료)를 도장하거나 속박막을 코 하여 도 성을 부여하는

방법을 택하는 것이 일반 이다. 그러나 도장이나 코 법을 택할 경우 하우

- 5 -

징의 성형 후에 2차 공정으로 이루어진다는 것과, 환경오염 문제가 있으며,

특히 도장의 경우 하우징의 두께가 두꺼워지고 균일한 도장피막의 품질보장

이 어렵다는 등의 약 을 갖고 있다. 따라서 최근에는 도 성 라스틱으로

사출성형 방식을 택하여 단일공정으로 하우징 성형과 동시에 도 성도 동시

에 부여하는 성형법의 연구가 활발히 추진되고 있다.

[도 성 충진제] 도 성 충 제의 차폐효과를 높이기 해서는 보다 작은

입자크기(particle size), 보다 큰 기 도도(반사 흡수에 의한 차폐효과

제고), 높은 Aspact비율(섬유형태의 충 제에 있어 지름과 길이의 비율) 등을

요한다. 속은 탄소보다 기 도도가 높아 보다 우수한 충 제로 사용된

다.[17] 그러나 탄소는 속보다 내산화성, 내열성에 있어 우수하나 형태가공

의 제한성이 있다. 섬유형태로 가공한 충 제는 입자형태의 충 제보다

Aspect 비율이 높아 도 성 향상 측면에서 우수하다. 따라서 직경이 매우 작

은 섬유형태의 속 충 제가 바람직스럽다. 직경이 가는 닉 필라멘트가

매우 높은 기 도성이 있음이 입증되었고, 한 내산화성이 우수하여 충

제로서 닉 을 구리보다 선호하는 추이를 보이고 있다.

[충 율 체 비 항치] 실용 인 자 차폐를 해서는 1Ωcm 이하

의 체 비 항율을 필요로 한다. 한 원가 측면이나 매트릭스 수지의 물성

열화 방지를 해서도 충 율이 낮은 충 제가 바람직하다. 도 성 라스틱

에 있어서는 작은 혼입 농도로 큰 차폐효과를 발휘하는 충 제의 개발이 요

구되고 있다.[18] 이는 복합재료의 강도 내구성이 충 제의 농도가 높을수

록 감소하기 때문이며 특히 충 제와 매트릭스 간의 착력이 부족할 때 문

제가 제기 된다. 착력 부족 문제는 열가소성 고분자 매트릭스에서 흔히 나

타난다. 충 제의 농도를 이는 것은 성형가공성을 높이기 해서도 필요하

며 복합재료의 성형가공성은 도가 증가할수록 떨어진다. 한 농도 충

제는 원가 감과 경량화를 해서도 필요하다. 재 시 되고 있는 도

성 라스틱의 표 인 것에 해 충 율과 체 비 항치와의 계를 <그

림-1>에 보 다. <그림-1>에서 보는 바와 같이 20% 이하의 낮은 충 율에서

도 체 항율이 1 Ωcm 이하인 값을 보이는 충 제는 스테인리스섬유인 것

- 6 -

을 알 수 있다. 스테인리스섬유는 내식성이 매우 우수하며 성형 수축율이 매

트릭스 수지와 거의 같고 비틀림도 없으며 기존의 라스틱 성형용 형을

그 로 사용할 수 있기 때문에 도 성 고분자수지 충 제로서 주류를 이루

고 있다.

<그림-1> 도 성 라스틱의 충 제 충 율과 항치

0 10 20 30 40 50충전율 wt%

102

101

100

10-1

10-2

10-3

체

적

저

항

탄소섬유

알미늄단섬유

스테인레스섬유

Ni도금탄소섬유

황동단섬유

0 10 20 30 40 50충전율 wt%

102

101

100

10-1

10-2

10-3

체

적

저

항

0 10 20 30 40 50충전율 wt%

102

101

100

10-1

10-2

10-3

체

적

저

항

탄소섬유

알미늄단섬유

스테인레스섬유

Ni도금탄소섬유

황동단섬유

(Ωcm)

(source : 자 장해, KISTI Technical Report No. 56, P59, 1991)

황동이나 알루미늄을 코 한 섬유는 내산화성, 내식성 등에 문제가 있으며,

탄소섬유는 체 비 항율이 높다는 문제가 있으나 높은 강도 탄성율, 우

수한 내식성, 경량성 등의 장 과 경박단소용 재료의 수요 등에 따라 기

도도를 높이는 방향의 집 연구 추진으로 단 을 상당히 극복한 단계

에 있는 것으로 악된다.

[표피 효과] 도 성 충 제(filler)를 혼입한 도 성고분자 복합체는 표피효

과(skin effect) 때문에 충 제의 입자의 직경이 표피두께 보다 작은 것이 바

람직하다. 하지만 충 제의 입경이 작아질수록 분산성(dispersion)이 떨어져

혼입방법이 까다롭게 된다.[19] 섬유나 분체 형태의 고분자재료에 속을 코

하여 도성 충 제로 흔히 사용한다. 그러나 이 경우에는 충 제 입자 내

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부의 고분자 물질은 기 도성에 기여하지 않는 다는 약 을 가지게 된다.

(2) 도성 착제 (Conductive Adhesive)

도성 착제란 기․ 자 제품이나 회로의 배선 합에 사용하는 기

도성을 가진 착제로, 에폭시 수지에 은 입자를 배합한 것이 가장 일반 으

로 사용되고 있다. 도성 착제가 도성을 발 하는 원리에 해서는

착제 에 분산되어 있는 도성 필러가 경화 는 고화 단계에서 필러와

필러의 이 일어나 도성을 발 하는 것이다. 기회로 등 배선의 합

에 있어서 납땜 신에 사용되는 착제로 속분, 탄소분 등과 수지, 리

트 등으로 구성되어 있으며, 105~10-5 Ωcm 의 도성과 착성을 가진 착

제이다.[20]

도성 착제를 분류하면 상온 건조형, 상온 경화형, 열경화형, 고온 소성

형, UV 경화형 기타로 분류할 수 있다. 상온 건조형은 아크릴계 등 열가

소성 수지를 사용하고 있고, 용제를 포함하고 있으며, 상온 경화형은 2액형

으로 반응성이 높은 경화제를 사용하고 있다. 바인더로서는 에폭시계, 폴리

우 탄계, 실리콘계, 폴리이미드계, 페놀계, 폴리에스테르계 등의 고분자 재

료와 융 유리 등이 사용되고 있다. 열경화형 도성 착제에 있어서는

에폭시계를 주로 바인더로 사용하고 있으며, 폴리 라반산이나 비스말 이미

드 수지를 혼용하거나 마이크로 캡슐화 함으로써 작업성과 안정성을 개선하

고 있다.

도성 충 제로는 , 백 , 은, 구리, 니 등의 속분말, 카본 는 카

본 섬유, 흑연 복합 분말 등이 사용되고 있다. 도성 착제의 용도는

기, 자부품에서 고온이 걸리지 않는 소재나, 직 납땜을 할 수 없는 재료 등에

사용되는 것으로서 다음과 같다.

① 수정 진동자의 수정 면에 증착된 은 극에 리드선을 고정

② 모터에 사용되는 카본 러시와 인청동의 착

③ 세라믹기 에 칩을 고정

④ 자소자의 Cds부와 리드선을 착

⑤ IC, LSI 등의 소자를 리드 임이나 알루미나 기 에 착

⑥ 기타 안테나, 자기콘덴서, 항기 등에 사용

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따라서 상기의 용도 용을 해 다음의 물리 특성이 고려되어야 할 것이

다.[21-22]

[보존 안정성 가사시간] 3개월 이상은 도 상승 등 변질되지 않고 안

정해야 한다. 주제와 경화제로 분리된 형태의 경우, 혼합 후 가사시간이

어도 8시간 이상은 필요하다. 도성 착제는 수지와 도성 충 제의 복합

재료로서 페이스트상 액체이기 때문에 도성 충 제의 침강과 분리가 가능

한 어야 한다.

[작업성] 도성 착제는 통상 마이크로디스펜서를 이용하여 도포하고 있

으므로 니들로부터의 토출량이 일정해야 하고 흘러내리지 않아야 한다. 이

외에 온도나 시간 변화에 따른 도 변화가 어야 한다. 한 스크린 인쇄

법에 사용할 경우, 양호한 인쇄 성이 요구되며 스크린 상에서의 건조성

기포의 혼입에 주의하여야 한다.

[경화조건] 온, 단시간 내에 경화하는 것이 이상 이다. 그러나 착제의

반응속도는 온도에 비례하기 때문에 온에서는 약간 시간이 길어지고, 고온

에서는 매우 짧아진다. 개방 상태에서 경화할 경우 1액형은 150에서 30-60

분, 2액형은 130에서 20-40분 정도가 표 이다. 최근에는 200에서 수십

정도에서의 경화도 가능하게 되었다.

[ 도성] 체 고유 항치는 가능한 낮은 편이 좋으나 ρ=5x10-4Ω․cm 이하가

바람직하다.

[ 착강도] 착강도는 30kg/ 이상이 바람직하다. 한 후 가공에서 열

을 가할 필요가 있을 경우 착강도의 열화가 없어야 한다.

[불순물] 기 특성이 엄격한 분야에서는 할로겐 알칼리 속 이온 등의

불순물 이온을 가능한 한 억제시켜야 한다.

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[경시 안정성] 착제는 일정 조건에서 경화한 후 열이력이 가해지면 서서

히 경화가 진행된다. 따라서 경화 후에도 경시 으로 열화가 일어나지 않거나

어야 한다. 열화의 원인은 도성 충 제 수지 바인더의 산화, 체 팽창

률 차이에 의한 불량에 있다. 체 고유 항은 은계 착제의 경우 거의

하되는 경향을 보이며, 착제 강도의 경우도 통상 환경시험 조건하에서는

열에 의해 경화가 진행되어 착강도의 상승이 일어난다.

(3)도 성 고분자 (Intrinsically Conductive Polymers, ICP)

도 성 고분자(ICP/intrinsically conductive polymer)는 고분자 자체로서

원천 으로 기 도성을 가진 라스틱을 말하며 속 등의 충 제를 혼

입하여 도 성을 부여하는 도 성 라스틱과 도 성 발 측면에서 구별된

다. ICP를 사용한 자 차폐재 도 성 착제 등의 개발은 여러 가지 장

을 기 할 수 있어 가속화되고 있으나, 아직은 성형된 제품의 기계 물성

이 만족스럽지 않아 보편화되고 있지는 않으나, 개발 속도로 보아 가까운 장

래에 보편화될 망을 보이고 있다. ICP의 자 차폐재로서의 상용화에 있

어 기 되는 최 강 은 PVC, PMMA(아크릴) 등 염가의 범용성 라스틱

매트릭스에 ICP를 혼입하여 도 성 polymer blend를 제조할 수 있다는 것이

다. 도 성 polymer blend에 기 하는 장 은 다음과 같은 것이었다.

① 기존의 속이나 탄소 충 제를 사용하는 성형법의 가장 큰 문제 인,

충 제의 불균일 분산에 따르는 품질 하 문제를 해결할 수 있다.

② 사출성형 등의 단일 공정으로 고속 량생산이 가능하며 도료, 코

등의 2차 가공이 필요하지 않다.

③ 기존의 범용성 라스틱과 그 제조시설을 이용하여 염가로 자 차폐

재를 성형할 수 있다.

그러나 ICP는 성형성과 기계 물성이 처음 기 한 것보다 의외로 나빠

실용화에 20여년이나 걸렸다. ICP 자체를 제조하는 것은 어렵지 않으나 일단

만들어진 재료로, 도 성을 유지하면서 원하는 모양으로 성형하는 것이 매우

어렵고, 성형된 제품의 기계 물성이 나쁘다는 것이 최 걸림돌이 된 것이다.

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거의 부분의 ICP는 가열하면 연화하거나 용융하지 않고 분해해 버리며,

용제에 녹여서 성형하려 해도 실험실용 용제는 있으나 공업 으로 염가로

량 사용할 수 있는 ICP용 용제가 없다는 문제가 있으며, ICP는 범용성

라스틱과 잘 혼합되지도 않는다는 등의 문제 때문에 실용화가 늦어진 것이

다. 그러나 최근 나노테크의 발 과 더불어 ICP를 나노 수 의 특수한 극미

세 입자구조 형태로 만들어 범용성 라스틱에 사 에 분산(disperse)한 형태

의 ICP를 제조하는 기술이 개발되었고 이를 범용성 라스틱에 혼입하면 손

쉽게 도 성 고분자 블랜드(Polymer Blend)로 성형할 수 있게 되었다.

ICP는 고분자 사슬을 따라 넓게 펼쳐진 -conjugation 분자구조에 자가 비

편재화(非偏在化)된 특이한 유형의 고분자이다. 일반 으로 -conjugation 결합형

태의 분자구조가 고분자 사슬에 존재하면 doping에 의해 자 도가 비편재화

되며 이것으로부터 기 도가 일어 날 수 있게 된다.

1976년 펜실베니아 학의 A. MacDiarmid 교수 연구 에서 도 성 폴리

아세틸 필름에 할로겐 원소들을 doping한 결과 기 도도가 격히 증가

하여 속의 도도 수 인 약 5,000 S/cm의 값이 나타남을 발견한 이후 도

성 고분자에 한 본격 인 연구가 시작되어 폴리아닐린(PANI/polyaniline), 폴

리피롤(PPy/polypyrrole), 폴리 라페닐 (PPP/poly-p-phenylene), 폴리티오펜

(PT/polythiophene) 등 재까지 많은 종류의 도 성고분자 들이 개발되었다. 이

들의 분자구조를 <그림-2>에 나타내었다.

<그림-2> 표 도성고분자의 분자구조

NH

nPolyaniline

NH

nPolypyrrole

n

Poly(p-phenylene

S nPolythiophene

HC CHn

Polyacetylene

- 11 -

ICP 에서 자 차폐재 개발 목 으로는 가격 물리ㆍ화학 특성 측

면에서 상용화에 가장 유리한 것은 PANI 이고 다음은 PPy로서 이들 두 가

지 도 성 고분자가 연구개발의 이 되어 활발한 개발이 진행되고 있다.

ICP는 부분이 내열성, 내산화성이 떨어지며, 일반 인 유기용매에 녹지

않는 단 을 가지고 있으며 특히 폴리아세틸 의 경우 요드(I2)로 도핑 하

을 때 1.5x106 S/cm 정도의 속 수 의 높은 기 도도를 보이나 내산화

성이 부족하여 기 에서는 격히 산화되어 기 도성이 떨어져 실용화

에 있어 문제 이 된다.

PANI는 실험실 으로는 HCl 등의 산용액에서 (NH4)2S2O8 등의 산화제를

아용한 아닐린 단량체(Aniline monomer)의 산화 합에 의해 분말형태로 합

성이 가능하다. PANI는 합성 유도체화가 쉽고 유기용매 NMP

(N-methyl-2-pyrollidinone) 등에 한 용해도가 다른 고분자에 비하여 비교

크며 도핑에 의해 기 도도를 조 하기가 용이하며 도핑 후에 높은

기 도도를 나타냄과 더불어 내열성, 내산화성 등이 비교 큰 장 을 가

지고 있다.

PANI의 구조식은 <그림-3>와 같이 환원상태(왼쪽 부분)와 산화상태(오른쪽

부분)가 반복되는 형태로 구성되어 있으며 환원상태를 타나내는 y의 값이 1

일 때 즉 완 환원형을 루코에머럴딘(Leucoemeraldine)이라 하고, y가 0.5일

때 즉, 간 산화형을 에머럴딘(Emeraldine)이라 하고, y가 0일 때 즉 완

산화형을 퍼니그아릴린(Perniganiline)이라 부른다. PANI는 고리와 질소 치

로 여러 작용기의 치환 산화상태의 조 에 따라 다양한 조성으로 존재한

다.

<그림-3> 폴리아닐린 구조식

NH

NH

N Ny (1-y) x

환환환환 산산환환

PANI는 10x10-11 S/cm에서 10x102 S/cm 까지 13 order나 되는 넓은 기

도도 역을 doping 농도 dopant의 선택에 의해 임의로 조 할 수 있

- 12 -

는 특징을 갖는 고분자 물질로서 실용성 잠재 인 응용성으로 인하여

세계 으로 경쟁 인 연구가 진행되고 있다. 따라서 비교 낮은 기 도도

를 요하는 방지, 정 기제거 등의 용도로는 이미 실용화 되었으며 자

차폐재로는 실용화 단계에 있다. 자 차폐재로 사용하려면 높은 기

도도가 요구되어 1x100 S/cm 즉 1 S/cm 이상이면 일반 으로 사용 가능한

범 에 들어오는 것으로 알려져 있는데 폴리아닐린의 경우 2003년 재 200

S/cm 의 것이 경제 으로 양산 가능다고 보고 되었다. 그러나 기계 물성

이 아직은 만족스럽지 않아 보편화에는 문제가 있으나 이 문제도 조만간 해

결될 것으로 보인다.

PPy는 실험실 으로는 피롤 단량체(Pyrrole monomer)와 음이온 도 트

(CLO4-, NS- 등)의 수용액 에서 산화제(FeCl3, (NH4)2S2O8, Fe(ClO4)3 등)를

첨가하여 산화 합에 의해 합성 가능하다. PPy는 화학 , 기화학 방법에

의해서 분말 는 필름 형태로 제조/합성될 수 있으며 기 도도는 0.01 ~

200 S/cm 정도를 나타내고 분말 형태의 경우 기 에서 1년 동안 방치하

면 기 도도가 약간 떨어진다. PPy의 경우 최근 m-cresol, chloroform,

dichloromethane, DMSO 등의 일반 유기용매에 용해되는 것을 합성할 수 있

다고 보고 되었다. PPy는 재 방지필름, 고체 해질 등의 용도로 상업

화 되고 있으며, 그 사용이 확 되고 있다.

2. 연구개발동향

(1)해외

1)도 성 라스틱 (Polymer-Matrix composite containing conductive fillers)

세계 특허출원건수인 247건의 77%를 차지하고 있어 자 차폐용 도

성 라스틱 기술은 일본이 거의 독 하고 있다고 분석된다. 일본에서는 80년

반에서 90년 ㆍ 반까지 격한 증가 추세를 보이고 있다. 이는 최

근 핸드폰 등 휴 용정보통신기기 용의 자 차폐재에 도 성 라스틱이

심의 상이 되기 시작한 때문으로 해석된다. Mitsubishi Group, Showa

Denko, Kanebo, Toray 등 잘 알려진 세계 인 기업들이 련 특허출원을 주

도하고 있는 것으로 나타났다.

- 13 -

최근 고속 정보통신의 속한 발달에 따라 갖고 다니는 것을 제로 하

는 휴 용정보기기인 핸드폰, 노트북컴퓨터 등의 보 이 증하고 있다. 상

기 응용을 한 요구조건을 충족하기 해서는 라스틱 하우징을 성형하는

단일 공정에서 도 성 부여와 강도 보강이 동시에 가능한 충 제를 사용하

여 사출성형 방식으로 제조할 수 있다면 매우 바람직할 것이다.

여기에서 도 성, 보강성, 내구성, 염가성 등을 동시에 보유한 충 제로서

는 탄소섬유가 있으며 스테인리스(stainless steel)섬유는 보강성은 약하나 역

시 선택 가능한 범 에 들어오며 한 단일 성형공정을 해서는 도장이나

코 방법보다는 충 제를 혼입한 복합재료 형태를 생각할 수 있다. 그러나

도 성 충 제로서 속은 도 성은 우수하나 가격이 고가라는 문제 을 안

고 있고, 탄소섬유는 자 차폐를 충족할 정도의 도 성 확보가 어렵다는

문제를 안고 있어 이를 기술 으로 극복하는 것이 기술개발의 건이 된다.

한 도 성 충 제를 라스틱 매트릭스에 혼입하면 물성이 하되기 때문

에 최소량의 충 제를 사용하여 목표하는 차폐효과를 얻는 것도 요한 과

제이다.

이러한 요구조건을 충족할 목 으로 최근 개발된 도 성 자 차폐 복

합재료 두 가지에 해 알아본다. 일본의 Toray사는 최근 탄소섬유를 이용한

도 성 사출성형재료를 개발하여 시 하고 있으며 카와테츠테크노리서치(川

鐵 Techno Research)사는 스텐 스 섬유를 이용한 사출성형 제품을 개발했

다.

2)도 성 착제 (Conductive Adhesive)

일본 특허에서는 1983년부터 240건의 도성 착제가 출원되어 있으며,

출원인별 분포를 보면 마쯔시다 기가 27건으로 톱을 차지하고 있으며, 이

어서 히타치 화성이 17건, 스미토모 베이크라이트가 15건, 도시바 화학이 11

건, 니토 공이 10건으로 상 를 차지하고 있다. 미국 특허를 보면 1983년

이후 147건의 도성 착제에 한 특허가 출원되어 있으며, 일본의 무라타

제작소가 12건으로 톱을 차지하고 있고, 이어서 미국의 3M이 7건, Sony

Chemical이 6건, Microelectronics & Computer가 3건, Taiyo Yiden이 3건,

Tatsuda Cable & Wire가 3건, Dor Corning Corp.이 3건을 출원하고 있다.

- 14 -

유럽 특허를 보면 1983년 이후 115건의 도성 착제에 한 특허가 출원

되어 있으며, 일본의 Sony chemicals가 9건으로 톱을 차지하고 있고, 이어서

Minnesota Mining & Manufacturing이 8건, Dow Corning이 5건, Robert

Bosch가 5건, Shell Int. Res. B.V가 4건, Murata Manufacturing이 3건을 출

원하고 있다.

외국의 특허 출원 동향을 보면 상온 경화형으로서는 열가소성 수지에 소

결 탄소 분말을 블랜딩(blending) 한 이방성 조성물, 시아노아크릴 이트에

은 분말과 삼불화붕소를 블랜딩 한 것, 폴리암산 에스테르 올리고머에 은

는 분말을 블랜딩 한 조성물, 수지로 폴리이미드를 사용한 핫멜트계 조성

물, 열가소성 폴리에스테르와 니 에 을 피복한 분말을 블랜딩 한 것, 수

지로서 아크릴산에스테르와 에틸 성 불포화 모노머를 사용하는 특허들이

출원되어 있다.

한편 열경화형 도성 착제로서는 우 탄 개질 에폭시 수지와 도성

물질로서 탄소 분말을 블랜딩 한 자동차 패 조립용 착제, 비스말 이미

드와 트리아진 수지를 주성분으로 하는 개질 수지와 에폭시 수지, 알루미늄

화합물, 규소 화합물과 도성 분말을 함유하는 연기 는 극과 IC 칩

착용 무용제형 착제, 에폭시 수지와 경화제 도성 재료로 형성된

자부품 조립용 이방성 도성 착제가 있고, 마이크로캡슐화 함으로써 작업

성과 안정성을 개선한 기술도 출원되어 있다.

한 도성 착제는 수지를 사용하고 있기 때문에 수분을 흡수함으로써

강도의 열화나 마이그 이션이 발생하므로 내습성의 향상도 요구되고 있다.

이와 같은 배경에서 내열성과 내습성의 향상, 불순물 최소화에 의한 신뢰성

향상 도포성을 포함한 작업성을 향상시킬 수 있는 도성 착제가 개발

되고 있다.

한 에폭시 수지에 공 모양의 은이나 비늘 모양의 은을 혼합함으로써

도성을 향상시키고 랜드 지름을 작게 할 수 있으며, 실장온도가 150이고,

랜드 간격이 0.2mm로 작아져 고 도 실장이 가능한 착제가 개발되어 있

다. 은의 구성비는 비늘 형상의 것이 약80%, 공 모양의 것이 약20%, 소량의

분말이 수%로 되어있다. 이 밖에도 아연을 첨가함으로써 자 부품의 극

부 산화를 방지하고 속 항의 열화를 해결하는 방안도 고안되어 있다.

- 15 -

3)도 성 고분자 (Intrinsically Conductive Polymers, ICP)

ICP의 자 차폐재로서의 용도개발 상용화는 높은 기 도도와 기계

물성을 동시에 요구하기 때문에 이제 막 시작단계에 있다. 그러나 상

으로 낮은 기 도도 기계 물성 수 에서 ICP의 이용이 가능한 분야

인 기능성고분자 콘덴서, 폴리머 2차 지, 유기EL, 부식방지용 도료, 방

지제 등에의 용도는 이미 상용화 되어 형 시장을 형성하기 시작했다. 하지

만 자 차폐용 도 성 고분자 블랜드(Polymer Blend)의 상용화는 아직 만

족스러운 상태는 아니지만 멀지 않아 PANi에서 이루어질 망이다.

Ormecon Chemie사는 Zipperling Kessler사의 20여년에 걸친 연구결과를

바탕으로 태어난 자회사로, Polyaniline계의 ICP 생산을 해 1996년 설립된

벤처회사이다. Ormecon Chemie사는 PANi계 ICP를 최근 세계 최 로 상용

화 하여 상품명 ORMECON™으로 시 하고 있다.

(2)국내

1)도 성 라스틱 (Polymer-Matrix composite containing conductive fillers) 도 성 라스틱 용도 범 의 특허출원을 검색한 결과는 124건이었

다. 그러나 그 자 차폐용으로 범 를 좁힌 결과는 <표-3>과 같이 7건

이었다. 그러나 일반 도 성 라스틱 련 특허 124건 에는 차 차폐용

으로 명시하지 않은 것이 상당히 포함되어 있을 것으로 추정된다. 따라서 일

반 도 성 라스틱에 련된 특허에 한 개략 분석을 병행했다.

국내 일반 도 성 라스틱의 특허출원 상 15개 기업의 특허출원 건수

를 나타내는데 LG, 코오롱, 호산업, 삼양사, 동양나일론 등 합성수지 제조

업체에서 특허출원을 주도하 으나 한국화학연구소, 한국원자력연구소, 한국

에 지기술연구원, 한국과학기술원, 주과학기술원 등 정부출연연구소에서

도 특허를 출원하고 있다.

이러한 결과는 상 으로 낮은 기 도도를 요하는 방지용이나

정 기제거용 등의 도 성 라스틱 제조 기술은 활발히 추진되고 있으나 높

은 기 도도를 요하는 자 차폐용 도 성 라스틱 원재료 개발은 활발

- 16 -

하지 않아 부분 수입에 의존할 것이라고 분석할 수 있다.

<표-3> 국내 차폐용 도 성 라스틱 출원인 황

출원인출원번호

(출원일)제 목

해룡실리콘(주)2001-0065860

(2001.10.25)

자기 착성 자 차폐용 실리콘 고무 조

성물

두람하이테크(주)2001-0048028

(2001.08.09)

자 차폐용 속복합수지 조성물, 시트

이의제조방법

종한1999-029321

(1999.07.20)도성 폴리우 탄 조성물

동양나이론 (주)1994-038831

(19941229)자 차폐용 폴리올 핀 수지 조성물

동양폴리에스터(주)1992-023560

(1992.12.08)자 차폐용 폴리올 핀 수지 조성물

제일모직(주)1991-025644

(19911231)자 차페용 열경화성 수지 조성물

코오롱(주)1988-012215

(1988.09.21)자 차폐용 수지 조성물

2)도 성 착제 (Conductive Adhesive)

실리콘계 도성 착제에 한 국내특허 출원건수는 10건 미만으로 조

사되고 있으며, 내용을 보면 실리콘과 에폭시수지를 사용하는 도성 착

제, 실리콘수지와 실록산 고무, 도성 입자 고산화물 매를 함유하는

립칩 속용 도성 착제로 분자당 평균 둘 이상의 규소-결합 하이드록

시 그룹을 함유하는 유기폴리실록산과 실란 가교제, 은, , 백 , 팔라듐

이들의 합 으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 속으로 이루어진 실리

콘 착제로서 핫멜트 실리콘 도성 착제가 출원되어 있다.

한 미세회로 기 의 기 속, 특히 액정 디스 이(LCD)와

시블 회로기 (FPC)의 속, 반도체 IC와 IC 탑재용 회로기 의 마이크로

합, 탭(TAB) 등에 이용되는 이방성 도 성 필름에 한 것으로서, 연성

착제 수지, 도 성 입자 실리콘 간체를 포함하는 이방성 도 성 필름

을 제공한다. 이 도 성 필름은 착강도, 속 신뢰성, 내후성, 내습성, 열

- 17 -

안정성 등 물리 특성이 양호하고 수분에 의하여 물리 특성이 하되지

않는다. 한 폴리디오가노실록산과 유기폴리실록산 수지, 유기하이드로겐폴

리실록산, 조성물에 기 도성을 제공하기에 충분한 양의 기 도성 충

재 매량의 하이드로실릴화 매를 포함하는 실리콘 조성물이 출원되

어 있다.

3)도 성 고분자 (Intrinsically Conductive Polymers, ICP)

국내 도성 고분자 제조 련 기술은 정 기 방지, 자기 흡수체, 자기

차폐용 도료 코 재료, 축 지, 캐퍼시터(capacitor)용 고분자 해질,

화학 지, 기변색소자, 부식방지, 항가열(resistive heating), 이블 실드

(cable shielding), 마이크로 흡수재(microwave absorbor), 온도, 충격, 화학

센서, EL소자, 2차 지용 극재료 등의 응용을 해 다각 인 연구가 진행되고

있다. 이를 해 가장 큰 문제 으로 지 되고 있는 성형가공성의 한계를 개선하

기 한 방안으로 용해성이 우수한 도성 고분자의 변경 는 분자구조 설계, 기

상(Gas phase)에서의 합기술, 합과 도핑공정의 일원화 등의 기술 개발에

박차를 가하고 있는 것으로 악되고 있다.

III. 효과

도 성 고분자의 자 차폐재로서의 용도개발 상용화는 높은 기

도도를 요구하기 때문에 이제 막 시작단계에 있다. 그러나 상 으로 낮

은 기 도도를 요하는 기능성고분자 콘덴서, 폴리머 2차 지, 유기EL, 부

식방지용 도료, 방지제 등에의 용도는 이미 상용화 되어 형 시장을 형

성하기 시작했다. 기능성 고분자 콘덴서와 폴리머 2차 지는 이미 각각 10

억 달러 이상의 생산량에 달했으며, 유기EL도 형 시장을 목표로 상용화

완료 단계에 있다. 이러한 결과는 도 성 폴리아닐린이 아직은 2차 지, 도

성 재료, 콘덴서 등의 다른 유망한 용도로 개발되고 있으며 자 차폐재

로서의 용도 개발은 이제부터 시작되기 때문이라고 생각할 수 있다.

도성 착제는 납땜 등으로 실장 할 수 없는 특수 용도로 사용되어

용도가 확 되고 있으나 자부품의 소형화가 진행되고 있어 이 분야의

- 18 -

착제 사용량은 감소하고 있다. 앞으로 화카드, 철도승차권, 도료교통 분야

에 도입이 유력시되고 있는 비 식 IC 카드에 해서도 이 제품이 유망하

다. 도성 착제를 사용할 경우 문제로 되는 것이 내열성과 내습성이다.

도성 착제의 부분이 에폭시수지, 페놀수지를 사용하고 있기 때문에 내

열온도는 250 후로서, 도성 착제는 최종 제품 완성까지 여러 차례

이 온도에 견뎌내야 하며, 신뢰성을 높이기 해 보다 고온에서 안정한 특성

을 가진 도성 착제가 개발되고 있다.

한편 실리콘 도성 착제는 높은 열안정성, 양호한 내습성, 우수한 가요

성, 높은 이온 순도, 낮은 알 입자 방출성 여러 가지 기재에의 양호한

착성 등으로 여러 가지 응용이 되고 있다.

일본의 폴리아닐린의 용도별 특허출원 내용을 용도별로 분류해 보면

지(2차 지 포함) 응용이 47%, 도 성 착재가 17%, 콘덴서 13%, 편 필름

에 응용이 8%, 기능성 코 제 5%, 자사진 감 제 5%, 방지 커넥터

3%, 유기발 체 3%, 자 차폐 1% 미만으로 조사되었다. 따라서 도도의

향상에 따른 응용분야의 은 격하게 증가할 것으로 기 된다.

IV. 결론 망

최근 자기기의 다기능화와 소형화, 박막화의 진 에 의한 기기실장상

의 기술 요구의 고도화에 의해, 도성 착제에 한 심이 진됨과 동

시에 특히 근년 속히 높아지고 있는 자기기 실장에 있어서 탈 납 문제

가 구체화되는 가운데 재 실용화되고 있는 납을 포함하지 않는 것의 융

이 종래의 납보다도 높기 때문에 실장공정에서 기능부품이 열 손상을 받

을 우려가 있고, 150도C 정도의 온 합이 가능한 납을 포함하지 않는

합재로서 도성 착제가 심을 끌고 있다. 한 단지 탈납 뿐만 아니라

무세정화에 의한 VOC 리 등, 내열피로특성이 납땜보다 우수한 특징이 발

견되고 있다. 따라서 자기기 어셈블리나 자부품 패키징에서 속을 해

폭넓게 사용되고 있는 납땜의 문제 은 탈 푸론, 탈 납, 탈 VOC와 같은 지

구환경문제에 한 응과, 자기기의 발 에 따라 발생하는 여러 가지 기

술 과제에 한 응이다.

도성 착제는 열가소성 도성 착제와 열경화성 도성 착제가

- 19 -

있으며, 열가소성 착제는 립칩 속에 많이 사용되고 있다. 열경화성

착제는 보수가 곤란하지만 착강도가 높아 수정진동자, IC칩의 리드 임

에의 착에 사용되는 신뢰성이 높은 착제로서 최근 시도되고 있는 공정

땜납을 사용하고 있는 분야에 사용될 망이다.

한편 도성 착제에서는 수지에 흡습성이 있으므로 장기 인 신뢰성

으로서 내습성이 요한 항목이 된다. 일반 으로 도성 착제의 내습 열

화는 착면과의 계면에서 생긴다. 이것은 착계면에 물분자가 침입함으로

서 착제와 피 착물 간에 형성되어 있는 수소결합이 괴된다고 생각된다.

따라서 내습성을 향상시키려면 수소결합의 괴를 방지하는 것이 요하며,

에폭시계 희석제나 경화제를 선택함으로써 내습성을 향상시키고 있다.

한 반도체 재료의 착제로서 사용되므로 불순물 농도가 낮아야 한다.

도성 착제 가장 불순물 농도가 높은 재료는 수지 성분이다. 특히 에폭

시수지는 원료가 에피클로로히드린 (Epichlorhydrin)이라 부르는 염소함유

물질이므로 염소 함유량을 가능한 한 억제할 필요가 있다. 재로는 자재

료용 에폭시수지로서 정제된 것을 사용하고 있으며, 불순물 농도는 가수분해

성 염소량으로 수백 ppm 이하의 것이 사용되고 있다. 한 도성 입자인

속분의 제조 시 환원제로서 알칼리 물질을 사용하고 있으며, 알칼리 이온

이나 암모늄 이온이 존재하고 있는 경우가 있다. 그러나 자재료에 사용되

는 것은 여러 차례 세정하여 사용하고 있으므로 큰 문제는 없다.

도성 착제의 결 으로 지 되어 있는 인쇄성의 약 을 개선하기

한 연구 개발도 시도되고 있으며, 재 착제 자체의 고성능화 다기능화

를 도모한 부가가치 제품을 개발하는 추세에 있다.

도성 착제를 사용할 경우 처리온도가 150 정도로 낮고, 자부품

의 비용, 고성능화를 실 할 수 있다. 한 도성 착제의 비 이 땜납

의 반 정도이기 때문에 자기기의 경량화가 용이하며, 납땜과 같이 속에

의한 합이 아니므로 속피로가 발생하지 않으며, 실장 신뢰성이 우수한

장 을 가지고 있다. 그러나 땜납과 비교하여 착강도가 약한 단 을 가지

고 있다. 특히 굴곡응력에 한 강도가 납땜의 1/10 정도이기 때문에 굴곡응

력이 발생하기 쉬운 면 자부품에서는 극과 도성 착제의 계면에

서 굴곡이 발생하여 속불량을 일으키기 쉬운 문제 도 있다.

- 20 -

V. 참고자료

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