[논문]인가 전류가 구리 도금 피막과 폴리이미드 필름의 접합력에 미치는 영향

이장훈; 한윤성; 이호년; 허진영; 이홍기

doi:10.5695/jkise.2013.46.1.009

인가 전류가 구리 도금 피막과 폴리이미드 필름의 접합력에 미치는 영향
Effect of Additional Electrical Current on Adhesion Strength between Copper and Polyimide Films 원문보기

한국표면공학회지 = Journal of the Korean institute of surface engineering, v.46 no.1, 2013년, pp.9 - 15

이장훈 (한국생산기술연구원 인천지역본부 열표면기술센터) , 한윤성 (한국생산기술연구원 인천지역본부 열표면기술센터) , 이호년 (한국생산기술연구원 인천지역본부 열표면기술센터) , 허진영 (한국생산기술연구원 인천지역본부 열표면기술센터) , 이홍기 (한국생산기술연구원 인천지역본부 열표면기술센터)

Abstract ▼ AI-Helper

The effect of the additionally applied electrical current on the adhesion strength between electroless Cu and polyimide films was investigated. Peel tests were performed after applying electrical current within the range from 0.1 to 100 mA for the duration from 1 to 30 minutes. Sample with more than 1 mA of additional electrical current for 1 minute showed higher adhesion strength than that without additional electrical current. However, samples with 10 mA of additional electrical current for more than 10 miniutes showed the degradation of adhesion strength. Ra and RMS values of the peeled polyimide surface were proportional to the adhesion strength though there were no significant changes in the morphology of the peeled surfaces with varied amount and time-length of additional electrical current. Applying electrical current could increase the density of chemical bonding, which results in increase of the adhesion strength between copper and polyimide. However, in the case of applying additional electrical current for excessive amount or time, the degradation of the adhesion strength owing to the formation of copper oxide at the interface could occur.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 인가 전류가 폴리이미드 필름과 무전해 구리 도금 피막 사이의 접합력 특성에 미치는 영향에 관하여 고찰하였다. 샘플에 0.
본 연구에서는 폴리이미드 기판 위에 무전해 및 전해 구리도금막 형성후 시효처리를 수행한 후 추가적으로 인가 된 전류가 접합력에 미치는 효과에 대하여 고찰하였다. 이를 위하여 인가 전류량 및 전류 인가 시간을 변화시키면서 접합력의 변화를 조사하였으며, 이에 대한 해석을 위하여 표면 거칠기, 표면조직 등을 관찰하였다.

제안 방법

본 연구에서는 폴리이미드 기판 위에 무전해 및 전해 구리도금막 형성후 시효처리를 수행한 후 추가적으로 인가 된 전류가 접합력에 미치는 효과에 대하여 고찰하였다. 이를 위하여 인가 전류량 및 전류 인가 시간을 변화시키면서 접합력의 변화를 조사하였으며, 이에 대한 해석을 위하여 표면 거칠기, 표면조직 등을 관찰하였다.
접합력의 변화와 peel 테스트 후의 폴리이미드 표면 상태와의 관계를 조사하기 위하여 표면 거칠기 변화를 관찰하였다. 그림 3은 0.
폴리이미드 필름은 pyromellitic dianhydride-oxydianiline(PMDA-ODA)을 단량체로 한 미국 DuPont 사의 Kapton HN 50 µm 필름을 사용하였다. 표면 개질 공정은 에칭, 수세, 중성화, 수세, 촉매, 수세, 활성화, 수세의 순서로 진행하였으며, 마지막으로 개질된 폴리이미드 표면에 무전해 구리도금을 수행하였다. 표면개질 공정의 경우, 1.

대상 데이터

폴리이미드 필름은 pyromellitic dianhydride-oxydianiline(PMDA-ODA)을 단량체로 한 미국 DuPont 사의 Kapton HN 50 µm 필름을 사용하였다. 표면 개질 공정은 에칭, 수세, 중성화, 수세, 촉매, 수세, 활성화, 수세의 순서로 진행하였으며, 마지막으로 개질된 폴리이미드 표면에 무전해 구리도금을 수행하였다.

데이터처리

FE-SEM(Field Emission - Scanning Electron Microscopy, Sirion, FEI)을 사용하여 peel 테스트 후의 폴리이미드 및 구리 표면형상을 관찰하였다. 또한 접합력과 peel 테스트 후의 폴리이미드 표면 거칠기와의 관계를 고찰하기 위하여 AFM(Atomic Force Microscopy, Nano-R, Pacific nanotechnology Inc.) 을 이용하여 10 µm × 10 µm의 면적의 표면조도 Ra(average) 및 RMS(Root Means Square) 값을 측정하였다. Peel 테스트 후에 박리된 샘플 표면의 성분 및 결합구조를 확인하기 위하여 XPS(X-ray Photoelectron Spectroscopy, Multilab 2000, Thermo VG Scientific)를 사용하였으며, Al-kα(1486.
전류 인가가 구리 도금 피막과 폴리이미드 필름 간의 접합력에 미치는 영향을 조사하기 위하여 peel 테스트를 진행하였다. 전류를 1분간 0.

이론/모형

FE-SEM(Field Emission - Scanning Electron Microscopy, Sirion, FEI)을 사용하여 peel 테스트 후의 폴리이미드 및 구리 표면형상을 관찰하였다. 또한 접합력과 peel 테스트 후의 폴리이미드 표면 거칠기와의 관계를 고찰하기 위하여 AFM(Atomic Force Microscopy, Nano-R, Pacific nanotechnology Inc.
1 mA, 1 mA, 10 mA 및 100 mA의 직류 정전류를 5 cm × 10 cm × 10 µm의 구리 도금 피막에 (width × length × thickness) 1분, 10분 및 30분 간 인가하였다. 그리고 Universal Testing Machine(Instron 3344)을 사용하여 T-Peel test(180º peel) 방법으로 crosshead 속도 50.8 mm/min 하에서 폴리이미드 필름과 구리 도금 피막 간의 접합력을 측정하였다(그림 1). 접합력 평가는 각 조건별로 3개 이상의 샘플에 대하여 진행하였다.
전류 인가 전 후의 접합강도를 평가하기 위하여, 1 kW Pulse Source Meter(Keithley)를 사용하여 0.1 mA, 1 mA, 10 mA 및 100 mA의 직류 정전류를 5 cm × 10 cm × 10 µm의 구리 도금 피막에 (width × length × thickness) 1분, 10분 및 30분 간 인가하였다. 그리고 Universal Testing Machine(Instron 3344)을 사용하여 T-Peel test(180º peel) 방법으로 crosshead 속도 50.

성능/효과

그러나 10 mA의 전류를 30분간 인가한 샘플의 경우에는 오히려 접합력이 저하되는 것을 확인할 수 있었다. AFM 관찰 결과, 인가 전류량 및 시간에 따라 peel 테스트 후의 표면형상 변화는 관찰되지 않았으나, 표면 거칠기와 접합력은 비례하는 것으로 나타났다. 구리 도금 피막 형성 후에 적절한 전류의 인가는 구리와 폴리이미드 간의 화학결합 밀도를 증가시켜 접합력을 개선하는 것으로 판단되나, 일정량 이상의 전류를 인가하거나 일정 시간 이상 전류를 인가한 경우에는 계면에 구리 산화물 등의 반응물 형성을 촉진하여 접합력을 저하시키는 것으로 생각된다.
그림 9의 (a)는 전류를 인가하지 않은 샘플, (b)는 전류를 인가한 샘플의 경우를 도식한 것이다. 구리 도금 피막 형성 후에 발생한 화학결합 및 산화물 형성은 적절한 전류 인가 시 밀도가 증가되어 접합력의 개선을 가져오나, 위에서 설명한 바와 같이 필요 이상의 전류를 인가하거나 일정시간 이상 전류를 인가한 경우 계면에 구리 산화물 등이 다량 형성되어 오히려 접합력을 저하시키는 것으로 판단된다. 그러나 전류 인가 시 계면에 형성되는 반응물 혹은 발생하는 화학결합 등의 메카니즘 규명을 위해서는 추가 실험 및 분석이 필요한 것으로 판단되며 현재 진행 중이다.
AFM 관찰 결과, 인가 전류량 및 시간에 따라 peel 테스트 후의 표면형상 변화는 관찰되지 않았으나, 표면 거칠기와 접합력은 비례하는 것으로 나타났다. 구리 도금 피막 형성 후에 적절한 전류의 인가는 구리와 폴리이미드 간의 화학결합 밀도를 증가시켜 접합력을 개선하는 것으로 판단되나, 일정량 이상의 전류를 인가하거나 일정 시간 이상 전류를 인가한 경우에는 계면에 구리 산화물 등의 반응물 형성을 촉진하여 접합력을 저하시키는 것으로 생각된다. 이상의 전류인가를 통한 접합력 향상 결과는 현재 IT 분야에서 각광받고 있는 연성 인쇄기판 및 플렉시블 디스플레이 전극형성 등의 분야에서 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
본 연구에서는 인가 전류가 폴리이미드 필름과 무전해 구리 도금 피막 사이의 접합력 특성에 미치는 영향에 관하여 고찰하였다. 샘플에 0.1~100 mA 범위의 전류를 1분간 인가한 후에 peel 테스트를 진행한 결과 접합력은 인가한 전류량에 상관없이 전류를 인가하지 않은 샘플에 비하여 변화가 없거나 증가한 것으로 나타났다. 그러나 10 mA의 전류를 30분간 인가한 샘플의 경우에는 오히려 접합력이 저하되는 것을 확인할 수 있었다.

후속연구

이상의 결과는 Noh 등이 FCCL (Flexible copper clad laminate) 샘플을 이용하여 열처리 시간 및 온도를 변화시키면서 접합력을 평가한 결과, 열처리 시간 및 온도를 증가시킴에 따라 구리와 폴리이미드 간의 접합력이 저하되고 peel 테스트 후의 폴리이미드 표면 거칠기가 감소한다고 보고한 연구결과와 일치한다¹⁶⁾. 그러나 30분간 전류를 인가한 샘플의 경우 접합력 저하 대비 조도감소가 적게 나타났으며, 이에 대한 추가적인 분석이 필요할 것으로 판단된다.
구리 도금 피막 형성 후에 발생한 화학결합 및 산화물 형성은 적절한 전류 인가 시 밀도가 증가되어 접합력의 개선을 가져오나, 위에서 설명한 바와 같이 필요 이상의 전류를 인가하거나 일정시간 이상 전류를 인가한 경우 계면에 구리 산화물 등이 다량 형성되어 오히려 접합력을 저하시키는 것으로 판단된다. 그러나 전류 인가 시 계면에 형성되는 반응물 혹은 발생하는 화학결합 등의 메카니즘 규명을 위해서는 추가 실험 및 분석이 필요한 것으로 판단되며 현재 진행 중이다.
구리 도금 피막 형성 후에 적절한 전류의 인가는 구리와 폴리이미드 간의 화학결합 밀도를 증가시켜 접합력을 개선하는 것으로 판단되나, 일정량 이상의 전류를 인가하거나 일정 시간 이상 전류를 인가한 경우에는 계면에 구리 산화물 등의 반응물 형성을 촉진하여 접합력을 저하시키는 것으로 생각된다. 이상의 전류인가를 통한 접합력 향상 결과는 현재 IT 분야에서 각광받고 있는 연성 인쇄기판 및 플렉시블 디스플레이 전극형성 등의 분야에서 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	폴리이미드 필름의 특성은?	폴리머(polymer) 금속화 처리는 이동단말기기, 플렉서블 디스플레이(flexible display), 연성회로기판 (flexible printed circuit board) 등의 IT 관련 응용분야에서 주목받고 있다. 이에 적합한 폴리머 물질중, 폴리이미드 필름은 우수한 열적 안정성과 기계적 강도 및 내화학성을 지니며 유전율이 낮아 폴리머 금속화 처리시의 기판으로 유망한 것으로 보고되고 있다1,2). 그러나, 폴리이미드(polyimide)를 구성하고 있는 이미드링(imide ring)의 특성으로 인하여 표면의 극성이 낮아 다른 고분자 물질, 금속 및 세라믹 등과의 접합력이 떨어지는 단점을 지니고 있다1,2)
	폴리이미드와 금속의 접합력을 향상시키기 위한 방법은?	폴리이미드와 금속의 접합력을 향상시키기 위하여 플라즈마 처리3,4), 이온빔5), 암모니아 처리6) 등의 건식 방법과 KOH7,8), 아민 수용액9) 등을 이용한 습식처리 방법을 통한 다양한 표면개질 처리에 대한 연구가 활발히 진행되어 왔다. 또한 고온 어닐링 및 고습 분위기 처리 등의 후속 공정에 따른 금속과 폴리이미드 간의 접합력과 화학결합의 변화에 대한 많은 연구10-12)가 진행되어 왔으나, 금속과 폴리이미드 간의 화학결합 메커니즘 및 계면 반응과 접합력과의 관계 등에 대해서는 아직까지 명확 하게 보고되지 않은 상황이다.
	폴리이미드 필름의 단점은?	이에 적합한 폴리머 물질중, 폴리이미드 필름은 우수한 열적 안정성과 기계적 강도 및 내화학성을 지니며 유전율이 낮아 폴리머 금속화 처리시의 기판으로 유망한 것으로 보고되고 있다1,2). 그러나, 폴리이미드(polyimide)를 구성하고 있는 이미드링(imide ring)의 특성으로 인하여 표면의 극성이 낮아 다른 고분자 물질, 금속 및 세라믹 등과의 접합력이 떨어지는 단점을 지니고 있다1,2)

참고문헌 (20)

G. Rabilloud, High Performance Polymers: Polyimides in Electronics, Technip, Paris, 2000.
M. Crosh, K. Mittal, Polyimides: Fundamentals and Applications, Marcel Dekker, New York, 1996.
Y.-S. Lin, H.-M. Liu, C.-L. Chen, Surf. Coat. Technol. 200 (2006) 3775.

상세보기
S. H. Kim, S. W. Na, N.-E. Lee, Y. W. Nam, Y.-H. Kim, Surf. Coat. Technol. 200 (2005) 2072.

상세보기
A. Ebe, E. Takahashi, Y. Iwamoto, N. Kuratani, S. Nishiyama, O. Imai, K. Ogata, Y. Setsuhara, S. Miyake, Thin Solid Films 281-282 (1996) 356.

상세보기
S. H. Kim, J. K. Park, K. S. Oh, J. Kor. Fiber Soc. 31 (1994) 57.
S. Ikeda, H. Yanagimoto, K. Akamatsu, H. Nawafune, Adv. Funct. Mater. 17 (2007) 889.

상세보기
L.-S. Son, H.-N. Lee, H. K. Lee, J. Kor. Inst. Surf. Eng. (2012) 8.
H. K. Yun, K. Cho, J. K. Kim, C. E. Park, S. M. Sim, S. Y. Oh, M. Park, Polymer 38 (1997) 827.

상세보기
H. J. Lee, J. Yu, J. Electron. Mater. 37 (2008) 1102.

상세보기
B. K. Furman, K. D. Childs, H. Clearfield, R. Davis, S. Purushothaman, J. Vac. Sci. Technol. A 10 (1992) 2913.

상세보기
S. A. Chambers, V. A. Loebs, K. K. Chakravorty, J. Vac. Sci. Technol. A 8 (1990) 875.

상세보기
H.-N. Lee, Y. Han, J.-H. Lee, J.-Y. Hur, H. K. Lee, submitted.
K.-J. Min, S.-C. Park, J.-J. Lee, K.-H. Lee, G.-H. Lee, Y.-B. Park, Journal of the Microelectronics & Packaging Society 14 (2007) 49.
K.-J. Min, S.-C. Park, Y.-B, Park, K. H. Lee, Y. Jeong, J. Korean Phys. Soc. 54 (2009) 1273.

상세보기
B.-I. Noh, J.-W. Yoon, J.-H. Choi, S.-B. Jung, Microelectronic Engineering 88 (2011) 718.

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Y. Li, Y. Yang, X. Feng, J. Mater. Sci. Technol. 24 (2008) 410.
W.-J. Lee, Y.-S. Lee, S.-K. Rha, Y.-J. Lee, K.-Y. Lim, Y.-D. Chung, C.-N. Whang, Appl. Surf. Sci. 205 (2003) 128.

상세보기
J.-Y. Park, Y.-S. Jung, J. Cho, W.-K. Choi, Appl. Surf. Sci. 252 (2006) 5877.

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S. Iwamori, T. Miyashita, S. Fukuda, S. Nozaki, N. Fukuda, K. Sudoh, J. Adhesion 63 (1997) 309.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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