[논문]대기압 저온 플라즈마 처리에 의한 폴리이미드의 친수화 효과

조중희; 강방권; 김경수; 최병규; 김세훈; 최원열

doi:10.4313/jkem.2005.18.2.148

대기압 저온 플라즈마 처리에 의한 폴리이미드의 친수화 효과
Hydrophilic Effect of the Polyimide by Atmospheric Low-temperature Plasma Treatment 원문보기

전기전자재료학회논문지 = Journal of the Korean institute of electronic material engineers, v.18 no.2, 2005년, pp.148 - 152

조중희 ((주)창조 엔지니어링) , 강방권 ((주)창조 엔지니어링) , 김경수 ((주)창조 엔지니어링) , 최병규 (강릉대학교 금속재료공학과) , 김세훈 (강릉대학교 세라믹공학과) , 최원열 (강릉대학교 금속재료공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

Atmospheric low-temperature plasma was produced using dielectric barrier discharge (DBD) plate-type plasma reactor and high frequency of 13.56 Hz. The surfaces of polyimide films for insulating and packaging materials were treated by the atmospheric low-temperature plasma. The contact angle of 67$^{\circ}$ was observed before the plasma treatment. The contact angle was decreased with deceasing the velocity of plasma treatment. In case of oxygen content of 0.2 %, electrode gap of 2 mm, the velocity of plasma treatment of 20 mm/sec, and input power of 400 W, the minimum contact angle of 13$^{\circ}$ was observed. The chemical characteristics of polyimide film after the plama treatment were investigated using X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), and new carboxyl group bond was observed. The surfaces of polyimide films were changed into hydrophilic by the atmospheric low-temperature plasma. The polyimide films having hydrophilic surface will be very useful as a packaging and insulating materials in electronic devices.

주제어

AI 본문요약
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제안 방법

DBD 평판형 플라즈마 반응기를 이용하여, 대기압 저온 플라즈마를 생성하였고, 이를 이용하여 범용의 폴리이미드 필름의 표면을 개질하였다. 플라 즈마의 표면처리 속도가 감소할수록 접촉각은 계속 감소하였으며, 산소함량이 0.
56 Hz의 고주파를 발생시키기 위한 RF 발생기와 matching box가 내장되어 있다. 대기압 저온 플라즈마를 이용한 폴리이 미드의 친 수화 효과를 관찰하기 위해서, (주)창조 ENG의 IZ-PLASMA를 사용하여 플라즈마를 발생시켰으며, 반응가스로는 Ar을 주로 사용하였으며, 02의 첨가량을 변화시키면서 표면의 친 수화 정도를 관찰하였다. 친 수화 정도의 변화는 접촉각을 측정하였으며, 표면 거칠기 변화와 화학결합 상태는 원자 간력 현미경 (AFM)과 X-선 광전자 분광법 (XPS) 을 이용하여 관찰하였다.
산소함량에 따른 변화를 관찰하기 위해, 입력전력을 300 W, 전극 공간을 2 mm, 플라즈마 처리 속도를 20 mm/sec로 고정하여, 폴리이미드 필름에 대해 친수화도를 측정하였다. 그림 6은 폴리이 미드 필름의 산소 함량에 따른 접촉각 측정 광학현미경 사진이며, 플라즈마의 산소함량이 증가함에 따라 접촉각이 61°, 37°, 23°, 3^로 변화함을 알 수 있다.
이런 폴리이미드 filme 표면 상태를 친수화시켜 물 질 간의 접합성 을 증가 시 키 는 것이 요구되 며 , 이에 따라 본 연구에서는 대기압 저온 플라즈마의 처리속도, 산소함량, 입력전력을 변화시키면서 폴 리 이미드의 표면 상태 변화 및 친 수화 정도를 관찰하였다.
플라즈마 처리속도에 따른 폴리이미드 필름의 친 수화 정도를 관찰하기 위해, 입력 전력을 300 W, 전극 공간을 2 mm, 산소 함량을 0.2 %로 고정하였다. 그림 4는 폴리이 미드 필름의 플라즈마 처리 속도에 따른 접촉각 측정 광학현미경 사진이며, 플 라즈마 처리속도가 증가할수록 접촉각이 20。, 23°, 61 °, 62 °로 증가함을 알 수 있다.

대상 데이터

그림 1은 DBD 방전을 하기 위한 평판형 플라 즈마 반응기의 개략도를 보여주고 있으며, 200 mm 길이의 전극 및 1 mm 두께의 유전체를 이용하여 헤드를 제작하였다. 이런 전극 평판 길이를 증가 시 킴으로써 대면 적의 기판처리가 가능하다.

이론/모형

대기압 저온 플라즈마를 이용한 폴리이 미드의 친 수화 효과를 관찰하기 위해서, (주)창조 ENG의 IZ-PLASMA를 사용하여 플라즈마를 발생시켰으며, 반응가스로는 Ar을 주로 사용하였으며, 02의 첨가량을 변화시키면서 표면의 친 수화 정도를 관찰하였다. 친 수화 정도의 변화는 접촉각을 측정하였으며, 표면 거칠기 변화와 화학결합 상태는 원자 간력 현미경 (AFM)과 X-선 광전자 분광법 (XPS) 을 이용하여 관찰하였다.

성능/효과

또한 그림 5는 플라즈마 처리속도에 따른 AFM을 이용한 표면 거칠기 관찰 사진이다. 그림에서 보여주는 것처럼 플라즈마 처리 속도가 10 mm/sec, 20 mm/sec, 50 mm/sec, 100 mm/sec인 경우에 rms 표면 거칠기는 각각 1.9 nm, 2.3 nm, 2.4 nm, 2.7 nm로 플라즈마 처리 속도가 감소할수록 플라 즈마에 의한 표면 개질 효과가 증가하여, 표면 거 칠기가 감소함을 알 수 있었다.
2 %일 경우에 최소의 접촉각을 보였다. 특히, 플라즈마 처리 전의 67。의 접촉각을 갖는 폴리이 미드 필름을, 2 mm의 전극 공간, 20 mm/sec의 플라즈마 처리속도, 0.2 % 의 산소함량, 400 W의 입력전력 의 플라즈마 처리 조건일 경우에 접촉각이 1扩로 매우 작은 접촉각이 관찰되었으며, 친 수화 됨을 알 수 있다. 이런 친 수화 효과는 XPS분석 결과, .
전극 공간이 2 mm, 플라즈마 처리속도가 20 mm/sec, 산소함량이 0~0.3 %의 범위인 경우에 폴리이미드 필름의 입력전력에 따른 접촉각의 변화는 그림 7에서 보여주는 것과 같이 300 W의 경우보다 400 W의 경우에서 더 작은 접촉각이 관찰되었으며, 산소함량이 0.2 %의 경우 13°의 매우 작은 접촉각이 관찰되었다. 이런 결과로부터 입력 전력이 증가할수록 플라즈마의 효율이 증가하여 접촉각이 급격히 감소함을 알 수 있었으며, 이런 입력전력의 증가는 실제 공정 응용 시 생산단가 상승이나 온도 상승에 따른 문제점을 야기 시킬 수 있어 적정한 플라즈마 발생 조건의 확립이 필요하다.
DBD 평판형 플라즈마 반응기를 이용하여, 대기압 저온 플라즈마를 생성하였고, 이를 이용하여 범용의 폴리이미드 필름의 표면을 개질하였다. 플라 즈마의 표면처리 속도가 감소할수록 접촉각은 계속 감소하였으며, 산소함량이 0.2 %일 경우에 최소의 접촉각을 보였다. 특히, 플라즈마 처리 전의 67。의 접촉각을 갖는 폴리이 미드 필름을, 2 mm의 전극 공간, 20 mm/sec의 플라즈마 처리속도, 0.

후속연구

2 %의 경우 13°의 매우 작은 접촉각이 관찰되었다. 이런 결과로부터 입력 전력이 증가할수록 플라즈마의 효율이 증가하여 접촉각이 급격히 감소함을 알 수 있었으며, 이런 입력전력의 증가는 실제 공정 응용 시 생산단가 상승이나 온도 상승에 따른 문제점을 야기 시킬 수 있어 적정한 플라즈마 발생 조건의 확립이 필요하다.

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