Block Copolymer Additives for Toughening Epoxy Composite

초록

열적·기계적 신뢰성이 요구되는 반도체 패키징 분야에서 에폭시 기반 복합체는 인캡슐레이션 및 언더필 계열 재료로 널리 활용된다. 에폭시는 가교 네트워크로 인해 강도·내열성·내화학성 등이 우수하지만, 사슬 운동성이 제한되어 에너지 소산이 어렵고 본질적으로 취성을 띄는 한계를 갖는다. 고무 필러를 복합체에 추가하는 경우 에폭시 내부에 분산된 고무 입자가 변형되며 충격 에너지를 흡수해 인성을 높이지만, 충분한 효과를 위해 높은 첨가량이 필요해 유리전이온도(Tg)와 강성이 저하될 수 있다는 단점을 가진다. 반면 실리카와 같은 경질 충전제는 강성 및 열적 성능 유지에는 유리하나, 제한적인 파괴인성을 향상하기 위해서는 매우 높은 필러 함량이 요구된다. 여기서 critical strain energy release rate(GIC)는 균열이 진행될 때 필요한 임계 변형에너지 방출률을 의미하며, 재료의 파괴저항을 대표하는 핵심 지표로서 파괴인성의 척도로 널리 사용된다. 최근 이런 기존 필러들의 한계를 극복하고자 블록공중합체를 에폭시에 추가하는 연구가 보고되고 있다. 블록공중합체는 서로 다른 고분자 블록이 공유결합으로 연결되어 있는 형태를 의미하며, 에폭시 내에서 자기조립을 통해 구조를 형성하는 현상이 보고되었다. 선행연구에 따르면 5 wt% 미만의 블록공중합체 첨가를 통해서도 GIC는 크게 향상시키는 동시에 Tg와 탄성률의 감소는 최소화할 수 있다는 장점이 보고되었다. 하지만 많은 양의 경질 충전제와 블록공중합체를 병용해서 에폭시의 기계적인 물성을 향상하는 연구는 아직 많이 진행되지 않았다. 이에 본 연구에서는 에폭시와 상용성인 poly(ethylene oxide) 블록과 비상용성인 polystyrene 블록으로 이루어진 PS-b-PEO 블록공중합체를 ATRP를 통해 합성하고, 이를 고함량의 실리카 필러와 함께 에폭시에 도입하는 연구를 진행하였다. 인장 실험, 파괴인성 측정 등을 통해 기계적 물성 평가를 수행하였으며, 이번 연구를 통해 고필러·고내열 에폭시 시스템에서 기계적 물성 개선에 기여하고자 한다.