개요

-유기 고분자재료에 도전성 필러를 분산시켜 도료나 잉크, 접착제를 조제하는 기술이 언제부터 실용화되었는가에 대해서는 확고한 증거가 남아있지 않지만,  정확하게 문서로 남아있는 출원된 특허로부터 이러한 아이디어의 존재에 대해 추정할 수 있다.

- 1903년 Husen의 영국특허는 소결물(세라믹) 판상에 도전성 페인트를 인쇄하여 회로를 만들었다는 것으로 이 페인트는 다량의 도전성 필러를 응용한 것이었다고 유추됨. 동특허는 인쇄배선판의 아이디어를 최초로 구현한 것으로도 중요함(工業材料, 27(20, 12(1979))

-1930년경에 고전압을 받는 기기로부터 발생하는 코로나 방전의 방지에 도전성 도료가 활용되었는데 이는 다량의 흑연을 고분자애게 분산시킨 것이었음

- 2차세계대전 중에 미국은 세라믹 기판에 은페이스트를 인쇄하여 배선판을 제조하였음. 이는 폭탄용의 근접신관의 부품으로 하루에 5,000개 이상의 대량생산되었는데 군사목적이므로 가능하면 동일 특성의 제품을 단시간에 대량으로 만들어내지 않으면 안 되었음. 이는 또한 제조에 숙련된 노동자가 필요 없는 용도에 은페이스트 인쇄가 최초로 채용된 상징적인 케이스임

- 1940년 미국의 기술잡지 'Electronics'에 소개된 'Markite'는 '투명에서 불투명'까지의 외관을 갖는 도전성 플라스틱으로서 전기관계 분야에서 커다란 파문을 일으켰지만, 플라스틱 자체가 도전성을 띠는 것은 아니고, 도전성 필러를 혼입함으로써 도전성 부여에 성공한 것이었음

-1950년에 공고된 (주)일본방송협회의 특허는 프린트기판의 제조법으로서 도전성 페이스트를 인쇄하는 방법에  관한 것으로 이전의 페놀수지 등 열경화성수지가 아닌 열가소성수지를 사용함으로써 레지스트도막에 의한 저항변화가 감소하는 것을 기술함. 도전성 필러에는 콜로이드 환원은을, 저항체 부분에는 콜로이드 흑연을 사용하였다고 기재되어, 이 당시 이미 수지에 도전성 필러를 분산시켜 도전성 수지배합물을 만드는 방법이 알려짐

- 그 후 1957년에 제품으로서 시판이 시작됨. 알려진 바에 의하면 일본전신전화공사 武藏연구소에서 도전성 필러-분산의 고분자재료의 연구가 계통적으로 이루어졌고, 蘇倉화성은 그 기술을 받아 도전성수지재료의 제조판매를 개시하였음.  

-에폭시수지는 현재도 도전성 접착제의 기본적 수지이지만 도전성 접착제의 여명기부터 사용되었다. 에폭시수지가 처음으로 문헌에 등장한 것은 1934년 독일특허였지만, 이는 수지보다도 경화제의 연구성과에 관한것이었음. 그 후 스위스 특허에서 에폭시수지는 의료용 주형수지로서 실제로 시판되었음. 그 후 이 특허의 실시건을 얻은 Ciba사가 에폭시수지의 응용에 관하여 기초연구를 하고, 응용특허를 1945년에 출원함. 제품으로서는 1946년에 'Araldite'라는 상표로 발표되었는데 이 접착제는 금속재료의 접착에 이용되었음.

-일본에서는 1950년에 수입판매가 개시되었고, 1962년에 Shell의 기술로 미쯔비시유화와 Asahi-Ciba사에서 제품화가 시작되었음.

-에폭시수지는 애당초 접착제용 수지로 알려졌지만, 절연재료로서도 많이 사용됨. 특히 코일 등에 함침시키기 위하여 저점도화가 필요하였고, 이 때문에 반응성 희석제의 검토도 활발히 이루어짐. 도전성 접착제에도 필러를 대량으로 함유시키기 위하여 반응성 희석제를 사용하는 경우가 많지만 별도 분야의 연구성과를 충분히 이용하고 있음.

-에폭시수지는 경화제가 필수이지만, 이 연구도 초기부터 적극적으로 실시되어 도전성 접착제에서도 그 성과를 이용하고 있음. 초창기에는 주제와 경화제를 따로 분리하여 생산/판매되어 사용 직전에 사용자가 혼합하는 경우가 많았는데(2 액형) 이 경우 실온에서도 서서히 점도가 상승하기 때문에 일정 시간 이내에 사용하지 않으면 안됨. 현재에는 일액성으로 잠재성 경화제가 배합된 타잎이 주류로 되었음. 일본 蘇倉화성의 최초의 1 액성 접착제는 1960년에 배합이 확립되었는데 그 배합비율은 무게비로 은분 75.0, 에폭시수지 19.0, 가소제 2.0, BF3/amine complex(경화제) 4.0 이었다.

- 초창기에 사용된 은분은 환원에 의해작성된 1 종류의 은분으로만 재품화가 이루어졌음. 다만 1967년의 자료에 의하면 상당한 제품이 플레이크상(편평, 비늘상)의 은분이 배합되었는데, 이 10년 간에 상당한 진보가 있었다고 추정됨. 환원은분을 mill로 플레이크화 하는 방법은 蘇倉화성이 독자적으로 시행하였음.

- 도전성 도료와 접착제의 제조에 은분이 사용되고, 피복능력을 높히기 위하여 비늘상의 은플레이크를 사용한 배합에 관해서는 1957년 Bell연구소로부터 보고되었음. 또한 미국에서조 플레이크상의 은분말의 적용은 1956년 특허에 기재되어 있으므로 일본보다 약간 앞선 것으로 추정됨.

-1967년 간행된 책(Silver economics, metallurgy, and use)에 은분의 상세한 제조방법이 기재되어 있음. 즉, 초산은수용액으로부터 환원에 의하여 미세한 은분을 만드는 방법, 그것을 출발원료로서 플레이크를 제조하는 방법이 기재되어 있으며 윤활제의 사용에 관한 내용도 있음. 요컨대 은의 플레이크화는 그 당시 거의 확립된 기술이었는데 이후 오늘 날까지 환원에 의한 은분 생산과 mill에 의한 플레이크화는 계속 시행되고 있음. 실제 배합 시, 환원 은분 만의 배합에서는 10-3~10 4 Ohm cm정도의 고유저항이 실현됨. 이는 환원만으로된 은분에서는 필러끼리의 접촉이 점점촉이어서 접촉저항이 크기 때문인데, 면에서의 필러-접촉이 기대 가능한 플레이크를 사용함으로써 10-5 Ohm cm 수준의 낮은 고유저항값이 실현 가능하다.

- 도전성 접착제는 오래 동안 특정 분야에서 특수하게 사용되었음. 금속재료를 접합하는 경우 가장 먼저떠오르는 것은 기계적 접합, 다음으로 용접과 납땜이다. 전자부품으로 제한하면 먼저 땜납의 채용이 압도적임. 이들 방법은 기계적 신뢰성이 높고, 재료나 공정 비용도 저렴하여 가장 이상적인 방법임. 프린트기판에의 부품실장에서도 땜납이 주도적으로 보급되어 있음. 그런데 그 중에서 땜납이 붙지않는 부재가 있는데 이와 같은 재료를 전기적, 기계적으로 접속하는 데에는 도전성 접착제가 매우 효과를 발휘함. 오래전 직류소형모터의 카본브러쉬와 인청동바네의 접착 등이 있으며 수정진동자의 전극접착에도 초기부터 변치않고 채용되고 있음

-그 후 도전성 접착제가 아니면 안되는 application이 다수 출현하여 생산량은 순조롭게 증가되어가고 있음. 세라믹 센서류의 접착, IC칩의 다이본딩, LED 소자의 본딩 등은 공정의 단축, 열이력의 저감 등 코스트-다운에 공헌함. LCD 소지의 common 전극(은점)에선는 매우 간편한 방법이면서 신뢰성이 높은 방법으로서 정평이 나 있음.

-한편 통상의 접착제의 영역도 광범위하게 넓혀지고 있는데 그 가운데에서 사물과 사물을 붙히는 본래의 목적 이외에 특수한 성능과 경화조건을 요구하는 것이 당연시되어, 이를 총칭하여 기능성 접착제로 부른다. 도전성 접착제는 대표적인 기능성 접착제인데 요구되는 기능에 대응하여 수지의 합성과 개량변성이 적극적으로 이루어지고 있으며, 도전성 접착제에 있어서도 이들 성과를 응용하여 많은 종류의 제품이 등장하고 있다.

- 도전성 접착제는 미국에서 발전되었으므로 과거에는 상당히 많은 미국제품이 사용되었음. 현재도 유력 해외 메이커가 다양한 제품으로 일본 시장에 들어오고 있다. 그러나 기본특허가 만료됨으로써 제품개량에 강점이 있는 일본메이커의 참여에 의하여 현재에는 일본제품이 주류가 되고 있음.

- 전자제품의 발전에 대응하여 요구가 세분화됨은 자명함. 이들 용도의 하나는 커다란 시장은 아니더라도 그 자체의 요구특성은 엄밀하여 어느 정도 재료 코스트가 허용되는 측면도 있었음. 그 때문에  각 가지 용도에 소량다품종의 특화된 제품군이 있는 것이 보통임. 각사의 종합 카탈로그에는 대표적 품종이 기재되어 있지만 유저와 용도 등에 modify된 제품군을 갖고 있음(蘇倉화성의 경우 실적이 있는 제품은 접착제만으로 100 품종 이상). 또한 20 g 정도의 적은 양의 제품을 준비하여 소량다품종의 경향은 금후에도 변하지 않을 것으로 예상됨 

- 이와 같은 상황에서는 유저에 가까운 장소에서 요망사항을 듣고, 제품의 개량이 가능한 국내 메이커가 우위성을 발휘할 수 있으므로 국산품이 주류가 될 가능성이 큼

- 1990년대에 땜납을 포함한 납문제에 대한 관심이 유럽, 특히 북유럽으로부터 고조되면서 땜납의 대체재료로서, 도전성 접착제에의 관심도 마찬가지로 높아짐. Adhesion In Electronics라는 협의회가 유럽을 중심으로 시작되고, 그 곳에서 도전성 접착제의 땜납 대체의 가능성이 논의되었음

- 1994년에는 SMT를 도전성 접착제로 시행하는 것과 땜납 대체에 대한 노력이 다수 보고됨. 그러나, 땜납을 전면적으로 대체하는 데에는 huddle이 높았고, 1996년부터 플립칩, 언더필, 리워크 등의 칩실장의 테마가 많아졌음.

- 일본에서는 학회발표 수준으로 실장에 도전성 접착제를 적용하여 부품의 실장을 목표로 한 것이 다수 발표되고 있음. 어떠한 것도 전면적인 치환을 시도하는 것은 아니고, 점점 이점/특징을 살리기 좋은 테마가 많아질 것으로 생각됨

- 무연(lead-free)은 땜납으로의 실장기술이 확립된 오늘 날, 프린트기판에의 부품실장을 도전성 접착제로 시행하게 될 테마에는 거의 기회가 없다. 여러 가지 재료가 갖는 고유의 이점을 살리고, 결점을 보완하는 것이 중요할 것임. Application에 따라 재료를 선정하는 자세로부터 도전성 접착제의 용도도 자연스럽게 증가할 것이라고 확신함.