일본이 에폭시(Epoxy) 관련 신기술을 잇따라 공개하고 있다.
오사카대학 산업과학연구소 연구진은 할로겐을 전혀 함유하지 않은 에폭시 화합물 합성공법을 개발하는데 성공했으며 광학용 등 고기능 용도를 중심으로 제안하는 방안을 검토하고 있다.
포뮬레이션 분야에서는 반도체 패키지 사업을 영위하는 Ando DK가 양이온 중합을 사용한 투명 접착제, 자외선(UV) 경화형 수지를 개발했다.
반도체 분야의 고도화·다양화되고 있는 니즈에 적극 대응할 예정이다.
일본, 할로겐 프리 합성공법 개발
오사카대학 산업과학연구소 연구진이 개발한 합성공법은 아파타이드(Apatide) 분체에 폴리텅스텐산 촉매를 분산시킨 후 해당 분체에 유기화합물과 과산화수소를 혼합해 분체 상태로 반응시킴으로써 할로겐 프리 에폭시 화합물을 제조하는 방식이다.
폐기물은 물 뿐이며 환경부담이 아주 적은 친환경 공법으로 주목받고 있다.
촉매구조를 무너뜨리지 않고 활성화시키는 제조공법으로 고압, 고온환경을 필요로 하지 않으며 혼합·추출·여과 등 간단한 방법으로 에폭시 화합물을 얻을 수 있는 것이 특징이다.
이미 Okawara MFG 등에게 샘플을 공급하며 좋은 평가를 받고 있다.
또 일본 소재기술연구소와 지적재산권 계약을 체결하고 수공업과 유사한 프로세스로 화학제품을 제조하는 다양한 화학기업들과 연계해나갈 예정이다.
1배치 100g 시험 생산설비를 설치해 연구용 등 샘플의 소량 공급사례를 점차 늘려나갈 예정이다.
할로겐 프리 뿐만 아니라 점착성이 뛰어나다는 장점도 활용해 블루레이, 고굴절 렌즈 등 광학계 용도를 중심으로 시장을 개척할 수 있을 것으로 기대하고 있다.
원료인 아파타이드는 생체용으로 유통돼 가격대가 높으나 코스트 절감을 위해 소뼈로 제조하는 방법을 개발하고 있다.
PP·PI와 금속 이종소재 접합기술도 개발
에폭시수지계 고기능 접착제와 봉지재 등을 생산하는 Ando DK는 경화제를 사용하지 않고 양이온 중합반응을 통해 투명한 에폭시수지를 개발하는데 성공했다.
LED(Lighe Emitting Diode) 제조용을 중심으로 판매가 늘어나고 있으며 UV 경화형 에폭시수지도 시장에 공급하고 있다.
CMOS 이미지 센서 등 미세렌즈를 특정 위치에 고정시키거나 복잡한 형태로 제조된 입체물을 접착하는 용도에 사용이 가능할 것으로 예상된다.
특히, 표면 뿐만 아니라 입체구조 내부에서도 접착이 가능하다는 것이 최대 특장점으로 파악된다.
Ando DK의 핵심기술은 혼연 및 경화제 선택 노하우에 있으며, 특히 혼연은 마이크로그램 단위로 추출한 칩 접착에 사용할 수 있어 균일혼합, 분자와 분자의 반응 정도까지 제어할 수 있다.
또 PP(Polypropylene)와 금속, PI(Polyimide)와 금속 등 이종소재끼지 접착하는 기술도 개발해 가전용을 중심으로 이종소재 접착 수요가 늘어나고 있는 분야에 제안을 강화할 예정이다.
1배치 10g에서 20kg까지 대응이 가능한 생산체제를 갖추고 접착성, 내습성, 내온도변화, 내약품성 등 수요처가 요구하는 다양한 특성에 맞추어 샘플을 공급하고 있다.
기술 노하우를 바탕으로 고부가가치 반도체 패키징 소재로 시장 개척을 가속화할 방침이다.
쇼와덴코, 염소 함유량 대폭 감축 “친환경화”
쇼와데코(Showa Denko)는 염소를 사용하지 않고 합성한 에폭시수지 원료를 전자기기용으로 공급하고 있다.
전자기기의 장기 신뢰성에 영향을 미치는 염소 함유량을 극도로 줄이고 내열성을 대폭 향상시킬 수 있을 것으로 기대하고 있다.
특히, 반도체 봉지재나 부재끼리 접합하는 접착제 등 원료 용도에서 다양한 소재 생산기업에게 제안하고 있으며 2021년 매출액 수억엔 수준의 사업으로 확대할 방침이다.
쇼와데코가 개발한 할로겐 프리 대응 에폭시수지 원료 브랜드 Shofree는 염소 함유량이 수ppm에서 20ppm 수준으로 에폭시수지 원료로 대표적인 방향족(Aromatics)형의 수백ppm, 내열성 등 특성을 높일 수 있는 첨가제로 주로 투입되는 지방족형의 수천ppm에 비해 매우 적은 것으로 평가되고 있다.
에폭시수지 원료를 제조하는 기존공법은 합성에 사용하는 반응제, 부생물에서 유래한 염소가 혼입되는 것이 일반적이다.
합성 후 정제공정에서 염소를 제거하는 방법도 있으나 제조코스트가 높아지는 단점이 있다.
쇼와데코는 산업기술종합연구소와 공동으로 반응제에 과산화수소를 사용하는 에폭시수지 원료 합성공법을 개발하고 있다.
과산화수소는 산화반응 부생물이 물 뿐으로 청정한 반면 반응성이 약하다는 문제가 있어 촉매 설계로 해당 문제를 해결하고 염소 화합물 등 할로겐을 사용하지 않고도 효율적으로 합성하는 공법을 연구하고 있다.
Shofree, 3가지 타입 공급에 주력
해당 기술을 응용해 상품화한 Shofree는 지방족형, 방향족형 타입별로 3종을 갖추고 있다.
다른 소재와 반응하는 부분(관능기)을 2개 보유한 일반 타입의 지방족형, 관능기를 4개 보유한 다관능 타입 지방족형, 방향족형 등으로 구분하고 있다.
관능기가 많으면 다른 원료와 결합이 강해 내열성이 높아지며 온도 변경으로 공법이 변화하는 비중(선팽창계수)을 낮추는 효과도 높아진다.
모두 반도체 봉지재, 접착제 등 용도에 적합하도록 상온에서 액상소재로 유지될 수 있도록 설계했다.
액상, 다관능에 염소 함유량이 적은 에폭시수지 원료는 그동안 극소수에 불과했던 것으로 알려지고 있다.
다관능 타입의 방향족형 BATG는 경화제에 페놀 노볼락을 조합한 에폭시수지로 유리전이온도(Tg)가 섭씨 208도에 달한다.
경쟁기업의 생산제품은 118도이기 때문에 내열성을 90도 높일 수 있다는 점을 강조하고 있다.
반도체 패키지 등 전자기기 분야에서 부품 고밀도화 및 기판 적층화 기술이 진전되고 통신 고속화로 기기에 가해지는 부담이 늘어나고 있는 가운데 사용소재에 대해서도 장기신뢰성 요구가 높아지고 있다.
반도체 봉지재, 접착제에서 주류를 이루고 있는 에폭시수지는 금속 부식, 절연성 저하 요인으로 작용하고 있는 염소 함유량을 저감할 수 있는 원료 수요가 늘어날 것으로 보고 제안을 강화할 예정이다.
일반타입 지방족형 CDMDG는 이미 판매를 시작했으며 다관능 타입 지방족형 PETG는 2018-2019년 사이 판매를 개시할 예정이다. BATG는 채용을 위해 다양한 제안활동을 진행하고 있다.
일본 뿐만 아니라 한국, 중국, 타이완 등에서 샘플 출하를 진행하고 있으며 2025년에는 매출액을 10억엔 이상 100억엔 이하 수준으로 확대할 방침이다.
<화학저널 2018년 12월 3일>
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