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전기절연용 점착테이프의 탄생과 발전
2015년 7월 1일 (수) 00:00:00 |   지면 발행 ( 2015년 7월호 - 전체 보기 )

닛토덴코(日東電工)㈜
전기절연용 점착테이프의 탄생과 발전


전기절연은 전력 의존도가 높은 현대사회를 지탱해주는 중요한 기술 중 하나이다. 이 기술은 전력분야는 물론, 전자기기, 가전, 주택, 자동차 등 많은 분야에서 활용되고 있다. 우리에게 친숙한 전기 절연재료 중 하나로 점착테이프가 잘 알려져 있으며, 근대 일렉트로닉스 산업이 발전됨에 따라 점착테이프는 전기절연 외에 다양한 용도로 사용되고 있다. 본고에서는 전기절연용 점착테이프의 탄생과 그 후의 폭넓은 활용사례를 함께 소개하며 점착테이프의 발전 과정에 대해 정리한다.
 
번역·정리 김대근 기자

점착테이프의 개요
전기절연용 점착테이프를 알아보기에 앞서, 먼저 점착테이프의 개요에 대해 간략히 설명한다. 점착테이프는 작은 압력으로 순식간에 접착이 가능하며 두께가 균일하여 성능에 차이가 발생하지 않는 등의 장점을 가지고 있기 때문에 제조공정의 자동화 등 생력화(省力化)를 도모할 수 있다. 점착테이프의 기본구성은 [그림 1]에서와 같이 지지체(기재, 바탕재료), 점착제, 초벌제, 배면처리제로 이루어져 있다. 그러나 경우에 따라서는 초벌제와 배면처리제가 없는 구성도 있다. 전기절연용 점착테이프에 있어서 지지체는 전기절연성 및 내열성에 대단히 큰 역할을 수행하고 있다. 또한, 테이프의 명칭도 지지체의 이름을 따고 있는 경우가 많다. 점착제는 그 주성분으로부터 크게 △고무계 △아크릴계 △실리콘계로 분류된다. 고무계는 고무줄로 잘 알려진 천연고무가 중심이며, 합성고무도 존재한다. 아크릴계는 아크릴산 에스테르를 주성분으로 한 공중합체이다. 실리콘계는 유기 실리콘이라 불리는 실록산 골격으로 이루어진 재료이다. 각각의 특징을 [표 1]에 정리한다.


전기절연용 점착테이프의 탄생

전등, 전력사업의 발전과 때를 같이 하여 전기절연 테이프가 등장하게 되었다. 그 최초의 전기절연 테이프를 일본에서는 「블랙테이프」라고 부르게 되었는데 그 유래가 절연테이프를 제조한 공장이 있던 영국 지명의 「브래클리(Brackley)」에서 따온 말인지, 아니면 단순히 검기 때문에 그렇게 부르게 된 것인지는 아직 분명치 않다. 미국에서는 「friction tape」이라고 부르고 있다. 전기절연 테이프는 전선의 조인트부에 간편하고 확실하게 둘러 감기 때문에 견고한 면포(綿布)의 안팎으로 다른 점착제를 도포한 것이 많았다. 점착제는 천연고무 및 재생고무를 주체로 하고 있었으나 완전한 점착테이프라고는 말하기 어려운 부분도 있었다. 그 후 신규재료의 출현에 따른 지지체 성능 향상 및 신규점착제 개발에 의해 각종 전기절연용 점착테이프가 속속 등장하게 되었다. 현재, 본래의 전기절연용으로서는 폴리염화비닐 점착테이프, 폴리에스테르 점착테이프가 주류를 이루고 있다.

전기절연용 점착테이프의 규격
전기절연용 점착테이프의 JIS규격에는 「전기절연용 점착테이프 시험 방법」: JIS C 2107, 「전기절연용 폴리염화비닐 점착테이프」: JIS C 2336, 「전기절연용 폴리에스테르 점착테이프」: JIS C 2338의 3가지가 있다. 또 관련규격으로서 내열구분이 실려 있는 「전기절연-열적 내구성 평가 및 호칭」: JIS C 4003이 있다. [표 2]에 내열 등급의 호칭을 나타냈다. 내열성뿐만 아니라, 전기·전자기기 부품에는 난연성이 요구된다. 점착테이프에 응용되는 난연성의 주요규격으로서 UL(Underwriters Laboratory) 510이 알려져 있다. 이 시험방법은 직경 3.2mmΦ의 철심에 테이프를 감아 두른 상태에서 버너 불꽃을 15초×5회 점화시킨다. 5회 점화에서 모두 60초 이상 연소되지 않으면 합격이다.


전기절연용 점착테이프의 종류
현재, 발표되어 있는 대표적인 점착테이프의 제 특성을 [표 3]에 나타냄과 동시에 그 외관사진을 [그림 2]에 나타냈다. 폴리염화비닐(PVC) 점착테이프는 전선의 연결부와 도선의 절연으로서 휘감아 사용하며, 전기적 특성과 내수성이 뛰어나고 신축성이 커서 적응성이 좋다. 또한, 색을 선택할 수 있다는 특징이 있다. 절연용 이외에도 결속, 식별용으로서 폭넓게 이용되고 있다. 내열 등급은 A(90℃)이다. 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 지지체로 한 폴리에스테르(PET) 점착테이프는 전기·전자기기의 소형화·경량화·고성능화에 대응하여 얇고도 뛰어난 전기특성, 기계적 성질을 가지고 있다. 내열등급은 E(120℃)이다. 또한 내열성이 뛰어난 것으로서 △폴리페닐렌 설파이드(PPS) 점착테이프 △폴리이미드(PI) 점착테이프 △아라미드지 점착테이프 △폴리 4불화 에틸렌(PTFE) 점착테이프 △복합(2개 이상의 재료를 사용하여 얻어지는 재료) 점착테이프 등이 있다. [그림 3]에 지지체의 종류와 두께, 그리고 파괴전압의 관계를 나타냈다. 이 그림에서 알 수 있듯이 파괴전압 특성은 지지체의 종류에 크게 의존하며, 지지체의 두께가 증가하면 절연성이 높아진다는 것을 확인할 수 있다. 특히, 폴리이미드, 폴리에스테르, 폴리페닐렌설파이드의 지지체는 얇음에도 불구하고 절연성이 우수하다는 것을 알 수 있다.


일렉트로닉스 산업에의 응용
점착테이프는 주택, 자동차, 의료 등 여러 가지 분야로 전개되고 있지만, 여기서는 지면 관계상 일렉트로닉스 산업분야에 한정하여 설명하기로 한다.

프린트 기판 제조공정용 점착테이프
프린트 기판 제조공정에는 도금과 납땜 공정이 있다. 이때 기판을 보호하기 위해 마스킹 점착테이프가 사용된다. 도금 마스킹 점착테이프는 프린트 기판의 단자부에 도금을 할 때 사용되기 때문에 △도금액이 기판에 침입되지 않도록 밀착성이 뛰어날 것 △재(再) 박리가 쉬우며 기판에 점착제가 남지 않을 것 △내약품성이 우수할 것 등이 요구된다. 땜납 마스킹 점착테이프는 접속단자 등의 도금부분을 마스킹한다. 따라서 땜납이 단자부에서 침입되지 않도록 기판과의 밀착성이 우수해야 하고, 땜납욕이 240~260℃의 고온이기 때문에 내열성이 요구된다.

전자부품용 점착테이프
프린트 기판의 전자부품의 실장에 있어서 전자부품의 반송을 위해 점착테이프가 사용되고 있다. 전자부품에는 다양한 형태가 있지만, 여기서는 리드선이 있는 전자부품용 점착테이프를 소개한다. [그림 4]에 보이는 바와 같이 리드선의 방향에 따라 부품은 크게 2종류로 나뉜다. 하나는 2개의 리드선이 동일방향을 향하고 있는 레이디얼형이며, 또 다른 하나는 2개의 리드선이 동일축상에 있는 액시얼형이다. 레이디얼형에는 리드선을 따라 접착 가능한 크레이프지 점착테이프가 사용된다. 액시얼형은 테이프가 리드선을 중심으로 되접어 꺾여 붙여지는 플랫지 점착테이프가 사용된다. 양쪽 모두 자동실장되기 때문에  위치 정밀도를 확보해야 한다.


반도체 제조공정용 점착테이프

반도체 제조공정에 있어서도 점착테이프는 여러 가지로 활용되고 있다. [그림 5]는 반도체 제조공정과 각 공정에서 사용되는 점착테이프와의 대응도를 나타낸 것이다. 이하에 각 테이프의 특징에 대해 개별적으로 설명한다.


·연마포 고정용 양면 점착테이프
연마포 고정용 양면 점착테이프는 웨이퍼 제조 시 연마공정의 연마포를 고정시키기 위해 사용된다. 그 턴테이블의 지름은 2m 이상인 것도 있으며, 점착테이프도 비슷한 폭이 요구된다. 또 웨이퍼는 깨지기 쉽기 때문에 턴테이블의 평활성을 정밀하게 유지시키고, 연마 종료 후에는 신속하게 박리할 수 있어야 하며 박리 시에 점착제가 남아 있지 않아야 한다.

·백 그라인드 테이프
웨이퍼에 회로 패턴을 형성한 후 회로면의 반대면을 연마할 시 회로면 측을 확보하기 위해 백 그라인드 테이프가 사용된다. 웨이퍼의 연마 정밀도를 향상시켜 재박리가 가능하고 회로면의 오염이 적다는 특장점이 있다.

·다이싱 테이프
백 그라인드된 웨이퍼는 다이싱 공정에서 칩상으로 절단된다. 다이싱 테이프는 백 그라인드된 면에 붙여져 절단 시 칩을 지탱하는 역할을 한다. 또, 다음 공정의 본딩에서는 박리가 용이하게 이루어져야 한다. 이 상반되는 성능이 요구되기 때문에 백 그라인드 테이프에는 3가지 유형이 존재한다. △일반적인 감압(感壓) 점착제 타입 △자외선을 조사하면 점착제가 경화되어 점착력이 거의 0이 되는 자외선 경화 타입 △열을 가하면 점착제가 발포(發泡)하여 점착력이 거의 0이 되는 가열 발포 타입이 그것이다. 박리된 칩은 본딩되므로 테이프가 칩을 오염시키지 않도록 하는 것이 바람직하다.

·리드 프레임 고정용 테이프
다핀화, 미세화된 리드 프레임의 몰드 시 변형 방지를 위해 몰드 시 인너 리드(Inner lead)를 고정시킨다. 패키지 내에 들어가기 때문에 반도체 조립공정의 열이력에 견디는 내열성, 전기적 신뢰성, 불순물 저감이 요구된다.

액정표시용 점착테이프
이제 액정은 TV, 컴퓨터, 휴대전화(스마트폰)의 필수 부품 중 하나로서 표시장치의 주류가 되고 있으며, 이 제품들의 제조 공정 중에 그리고 재료의 일부로서 점착테이프가 사용되고 있다. [그림 6]에 휴대전화의 분해 개요도와 그에 적용되는 점착테이프를 소개한다.

·표면 보호용 점착테이프
표면 보호용 점착테이프는 원재료 및 제품 등의 얼룩 및 상처를 방지하기 위해 사용되지만, 사용자에게 인도할 시 박리되어 있는 경우가 많아 우리들의 눈에 잘 띄지 않는다. 액정 표시 제품의 제조공정 중에도 이 테이프가 많이 사용되고 있는데 여기에서 사용되는 것은 일반적인 유형과는 달리 요구가 엄격하다. 표시재료용의 표면 보호 점착테이프는 부착된 채로 외관 검사 가 실시되는 경우가 있기 때문에 오염물이나 먼지를 대단히 꺼리며 높은 투명성을 요구한다. 그리하여 대전방지(帶電防止) 처리 및 방오(防汚) 처리를 거친 투명한 폴리에스테르 지지체가 사용되며 클린룸에서 제조된다. 대전방지처리를 실시하는 것은 테이프 박리 시의 정전기 발생을 방지하기 위해서이다. 테이프 박리에 의해 정전기가 발생하면, 주위의 오염물 및 먼지를 흡착하거나 표시부 또는 그 주변의 전자부품을 손상시킬 우려가 있기 때문이다.

·투명 양면 점착테이프
양면 점착테이프는 일반적으로 지지체의 양면에 점착제가 도포되어 있지만, 여기서 소개하는 투명 양면 점착테이프는 지지체가 없고 점착제로만 구성되어 있는 양면 점착테이프이다. 여기에는 부품의 접착은 물론, 공극을 메움으로써 표시를 보다 선명하게 하는 기능도 있다. 점착특성, 투명성 외에 변색 및 혼탁이 없고 기포가 들어가지 않는 등의 내구성도 요구된다.

·초박형 양면 점착테이프
초박형 양면 점착테이프는 폴리에스테르 지지체의 양면에 점착제가 있는 구성이다. TV나 스마트폰 등의 박형화(薄型化)에 따라 양면 점착테이프 역시 박층화(薄層化)가 요구되고 있다. 이 초박형 테이프에는 현재 두께가 0.005mm의 것도 존재한다. 이것은 일반 양면 점착테이프 두께의 32분의 1에 해당한다. 또 이 테이프는 얇기 때문에 열전달이 용이하다는 장점도 있다.



 

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