선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 Ag 코팅 Cu 필러가 첨가된 도전성 페이스트를 제조하고, 경화 후 획득되는 물성 및 특성을 보고하고자 한다. 물성 변화를 일으킬 수 있는 주요 공정변수로는 경화 분위기를 선택하였는데, 즉 인쇄 도포 후 대기 및 내산화 질소 분위기 중 경화를 각각 실시한 후 소 성체의 전기 및 열전도도 변화를 측정해 보았다.
제안 방법
- 도전 페이스트의 열전도도 측정 시편을 제조하기 위해 상기 페이스트를 사각 홈이 형성된 분리형 알루미늄 주형에 충분히 부어 150℃의 온도에서 60분간의 경화를 실시하였다. 이후 연마를 통해 12.
- 따라서 본 연구에서는 Ag 코팅 Cu 필러가 첨가된 도전성 페이스트를 제조하고, 경화 후 획득되는 물성 및 특성을 보고하고자 한다. 물성 변화를 일으킬 수 있는 주요 공정변수로는 경화 분위기를 선택하였는데, 즉 인쇄 도포 후 대기 및 내산화 질소 분위기 중 경화를 각각 실시한 후 소 성체의 전기 및 열전도도 변화를 측정해 보았다. 경화 분위기에 따른 Ag 코팅 Cu 필러 함유 페이스트의 전기 및 열전도도 변화는 아직 공개적으로 보고된 바가 없다.
- 사용된 Ag 코팅 Cu 필러 분말의 내산화 특성을 평가하기 위해 열중량-시차주사열량계(thermogravimetric differential scanning calorimetry, TG-DSC, Q600, TA Instruments)를 사용한 대기 중 가열을 실시하면서 분말의 무게 증가 및 발열반응의 시작 시점과 그 증가 정도를 측정하였다. 이때 가열 조건은 3℃/min의 승온속도로 600℃까지 지속적으로 승온시키며 가열한 dynamic scan과 150℃까지 급속 가열한 후 150℃에서 60분 이상을 유지시킨 isothermal scan을 각각 실시해 보았다.
- 0 mm 크기의 사각판 형태 시편으로 제조한 다음, 레이저 플래시 측정장치(laser flash instrument, LFA447 Microflash, Netzsch)를 통해 열확산도를 측정하였다. 아울러 시차주사열량계 (differential scanning calorimeter, DSC, Q10, TA Instruments) 와 비중계(densimeter, MD300S, Mirage Co., Ltd.)를 사용 하여 경화된 도전 페이스트 소재의 비열값 및 밀도를 각각 측정하여 아래 식으로부터 열전도도를 계산하였다.
- 사용된 Ag 코팅 Cu 필러 분말의 내산화 특성을 평가하기 위해 열중량-시차주사열량계(thermogravimetric differential scanning calorimetry, TG-DSC, Q600, TA Instruments)를 사용한 대기 중 가열을 실시하면서 분말의 무게 증가 및 발열반응의 시작 시점과 그 증가 정도를 측정하였다. 이때 가열 조건은 3℃/min의 승온속도로 600℃까지 지속적으로 승온시키며 가열한 dynamic scan과 150℃까지 급속 가열한 후 150℃에서 60분 이상을 유지시킨 isothermal scan을 각각 실시해 보았다.
- 피스페놀 F 타입 에폭시와 difunctional polyglycidyl 에폭시를 7:3의 비율로 혼합한 후 저진공 진공 챔버 (chamber)에 장입하여 2시간동안 진공 탈포를 실시하였다. 이후 Ag 코팅 Cu 필러 분말을 페이스트 총무게 대비 약 55% 가량을 1차로 장입하여 혼합한 다음, 경화제, 경화촉진제 및 잔여 Ag 코팅 Cu 필러를 2차로 투입하여 최종 혼합을 실시하였다. 장입된 Ag 코팅 Cu 필러의 총량은 페이스트의 총무게 대비 77.
- 이후 연마를 통해 12.7×12.7×3.0 mm 크기의 사각판 형태 시편으로 제조한 다음, 레이저 플래시 측정장치(laser flash instrument, LFA447 Microflash, Netzsch)를 통해 열확산도를 측정하였다.
- 피스페놀 F 타입 에폭시와 difunctional polyglycidyl 에폭시를 7:3의 비율로 혼합한 후 저진공 진공 챔버 (chamber)에 장입하여 2시간동안 진공 탈포를 실시하였다. 이후 Ag 코팅 Cu 필러 분말을 페이스트 총무게 대비 약 55% 가량을 1차로 장입하여 혼합한 다음, 경화제, 경화촉진제 및 잔여 Ag 코팅 Cu 필러를 2차로 투입하여 최종 혼합을 실시하였다.
- 7%였다. 혼합 과정에서 생성된 기포의 제거를 위해 혼합 완료된 페이스트를 저진공 챔버 내에서 1시간동안 탈포처리하였다.
대상 데이터
- )를 혼합사용하였다. 또한 경화제로는 무수물계인 methylhexanhydrophthalic anhydride(HN5500E, Hitachi Chemical Co., Ltd.)를 사용하였고, 경화촉진제로는 이미다졸(imidazole) 타입인 1-cyanoethyl-2-ethyl-4-methylimidazole(2E4MZ-CN, Shikoku Chemical Corp.)을 사용하였다. 사용한 Ag 코팅 Cu 필러 분말은 플레이크(flake) 형태였으며, 플레이크의 총 누전분포 값의 50% 크기인 D50 값은 6.
- 사용한 Ag 코팅 Cu 필러 분말은 플레이크(flake) 형태였으며, 플레이크의 총 누전분포 값의 50% 크기인 D50 값은 6.5~7.2 μm 수준이었다.
- 제조된 페이스트는 스텐실 마스크(stencil mask)를 사용하여 충분한 두께의 절연 SiO2 층을 형성시킨 산화 실리콘 웨이퍼 상에 50×50 mm의 크기로 인쇄하였다.
- 본 연구에서 사용된 레진 포물레이션(resin formulation)은 다음과 같다. 주레진으로는 피스페놀(bisphenol) F 타입 에폭시(epoxy)(YDF-170, Kukdo Chemical Co., Ltd.)를 사용하였고, 점도를 낮추어 보다 많은 양의 금속 필러를 첨가하기 위한 목적으로 difunctional polyglycidyl 에폭시(PG-207P, Kukdo Chemical Co., Ltd.)를 혼합사용하였다. 또한 경화제로는 무수물계인 methylhexanhydrophthalic anhydride(HN5500E, Hitachi Chemical Co.
데이터처리
- 경화가 완료된 정사각형 인쇄 패턴은 4-point probing 방식의 면저항 측정기(FPP-RS 8, Dasol Engineering)를 사용하여 비저항 값을 측정하였다. 각 경화 조건당 5회의 비저항 값을 측정하여 최종적으로 평균 비저항 값 및 표준편차 값을 계산하였다.
- 는 비열, α는 열확산도 값을 각각 나타낸다. 각 경화 조건당 5회의 열확산도 값을 측정하여 최종적으로 평균 열전도도 값 및 표준편차 값을 계산하였다.
이론/모형
- 경화 시 사용한 분위기로는 대기와 질소 분위기의 2종류였다. 경화가 완료된 정사각형 인쇄 패턴은 4-point probing 방식의 면저항 측정기(FPP-RS 8, Dasol Engineering)를 사용하여 비저항 값을 측정하였다. 각 경화 조건당 5회의 비저항 값을 측정하여 최종적으로 평균 비저항 값 및 표준편차 값을 계산하였다.
성능/효과
- 한편 플레이크 표면에서는 다수의 불규칙한 홀(hole)들이 관찰되었는데, 이들은 Cu 플레이크 표면의 산화막을 제거하기 위한 전처리 용액에 의해 Cu의 국부 표면에서 Cu2O 또는 Cu(OH)2 층의 제거 및 재생성이 반복적으로 이루어지면서 Cu가 지속적으로 제거되는 원인으로 생성된 것이다. 12) 후방산란 이미지 및 반응기구적으로 볼 때 이러한 부분은 Ag로 코팅되어 있지만, 그 두께는 다른 부 분들에 비해 상대적으로 얇은 것으로 파악된다.12)
- Ag 코팅 Cu 플레이크를 150 ℃까지 가열하여 유지한 경우 과도한 산화는 관찰되지 않았으나, 미미한 무게 증가는 확연히 관찰되어 Ag 코팅 Cu 플레이크에서 다소의 산화는 발생한 것으로 분석되었다. 경화조건에 따른 Ag 코팅 Cu 플레이크를 함유 페이스트의 경화 후 열전도도 계산 결과 대기 중에서 경화시킨 시편의 경우 경화시간이 30분에서 60분으로 증가됨에 따라 열전도도가 증가하는 경향이 관찰되었고, 60분의 동일한 경화시간 조건에서는 질소 중 경화 시편이 대기 중 경화 시편보다 향상된 열전도도 값을 나타내었다. 그 결과 질소 중에서 60분간 경화시킨 Ag 코팅 Cu 플레이크 페이스트는 순수 Ag 플레이크가 함유된 페이스트가 나타내는 열전도도에 근접하는 열특성을 나타내었다.
- 경화조건에 따른 Ag 코팅 Cu 플레이크를 함유 페이스트의 경화 후 열전도도 계산 결과 대기 중에서 경화시킨 시편의 경우 경화시간이 30분에서 60분으로 증가됨에 따라 열전도도가 증가하는 경향이 관찰되었고, 60분의 동일한 경화시간 조건에서는 질소 중 경화 시편이 대기 중 경화 시편보다 향상된 열전도도 값을 나타내었다. 그 결과 질소 중에서 60분간 경화시킨 Ag 코팅 Cu 플레이크 페이스트는 순수 Ag 플레이크가 함유된 페이스트가 나타내는 열전도도에 근접하는 열특성을 나타내었다. 한편 경화 후 비저항 값 측정 결과 대기 중에서 경화시킨 시편의 경우 경화시간이 30분에서 60분으로 증가됨에 따라 비저항 값이 더욱 증가하는 열화 경향이 관찰되었으나, 60분의 동일한 경화시간 조건에서 질소 중 경화 시편은 대기중 경화 시편에 비할 수 없을 만큼 개선된 비저항 값을 나타내었다.
- Table 1은 각각 다른 경화조건에서 경화시킨 Ag 코팅 Cu 플레이크 함유 페이스트 시편의 벌크 밀도, 잠열 및 열확산도 값 측정치를 나타낸다. 대기 중에서 경화시킨 시편의 경우 경화시간이 30분에서 60분으로 증가됨에 따라 열확산도(thermal diffusivity)가 증가하는 경향이 관찰되었고, 60분의 동일한 경화시간 조건에서는 질소 중 경화 시편이 대기 중 경화 시편보다 크게 향상된 열확산도 값을 나타내었다.
- 1은 본 연구에 사용된 Ag 코팅 Cu 플레이크의 후 방산란 전자현미경 이미지이다. 사용된 플레이크는 크기 및 두께 정도에서 큰 편차를 나타내었으나, 외형적으로 플레이크 표면에서의 명암은 균일한 것으로 관찰되어 Ag 코팅의 균일성은 비교적 우수한 것으로 분석되었다. 한편 플레이크 표면에서는 다수의 불규칙한 홀(hole)들이 관찰되었는데, 이들은 Cu 플레이크 표면의 산화막을 제거하기 위한 전처리 용액에 의해 Cu의 국부 표면에서 Cu2O 또는 Cu(OH)2 층의 제거 및 재생성이 반복적으로 이루어지면서 Cu가 지속적으로 제거되는 원인으로 생성된 것이다.
- 5는 경화조건에 따른 Ag 코팅 Cu 플레이크 함유 페이스트의 경화 후 열전도도(thermal conductivity) 계산 결과이다. 앞서 열확산도 측정 결과로부터 예상할 수 있듯이 대기 중에서 경화시킨 시편의 경우 경화시간이 30분에서 60분으로 증가됨에 따라 열전도도가 증가하는 경향이 관찰되었고, 60분의 동일한 경화시간 조건에서는 질소 중 경화 시편이 대기 중 경화 시편보다 향상된 열전도도 값을 나타내었다. 경화시간의 증가는 기지(matrix)를 형성하는 에폭시 기반 포물레이션의 경화도(degree of cure)를 높여 상온까지 냉각 시 기지의 부피 수축(volume shrinkage)이 더욱 강하게 일어나게 할 수 있으므로 도전 필러들간의 접촉(contact)을 향상시킬 수 있다.
- 즉, 경화시간의 증가는 에폭시 포물레이션의 경화도를 높이고 금속 필러간 접촉부에서 향상된 소결 특성을 나타낼 수는 있으나, 유일한 열전달 경로인 도전 필러들간 연결 통로의 마디마디마다 Cu 산화층을 더욱 두껍게 생성 시키므로 경화 페이스트의 전기전도도 감소, 즉 비저항 값 증가가 더욱 지배적으로 관찰될 수 있다. 열전도도 특성의 경우 도전 필러들간 연결 통로만이 유일한 열전도 경로가 아닐뿐더러 생성된 Cu 산화층 역시 완전한 단열 체가 아니므로 플레이크 표면 산화의 영향이 상대적으로 적을 수 있으나, 전기전도도 특성의 경우 도전 필러들간 연결 통로가 유일한 전기전도의 경로이고 Cu 산화층은 상온에서 전기적 절연체에 근접17)하므로 플레이크 표면 산화의 영향을 직접적으로 받는 것으로 해석되었다.
- 요컨대 질소 분위기 중 60분간 경화시킨 Ag 코팅 Cu 플레이크 함유 페이스트는 7.59×10-5Ω·cm의 매우 우수한 비저항 값을 나타내어 순수 Ag 플레이크 함유 고전도성 페이스트 대비 유사한 전기전도도 특성을 가지면서도 가격 경쟁력이 월등한 도전 패턴을 얻을 수 있었다.
- 이에 따라 Fig. 5의 결과로부터 알 수 있듯이 60분간의 경화조건에서 질소 중 경화 시료(2.039 W/m·K)는 대기 중 경화 시료(1.359 W/m·K)에 비해 확연히 우수한 열전도도 값을 나타내었다.
- 59×10-5 Ω·cm의 비저항 값이 측정되어 대기 중 60분간 경화시킨 시편과는 전혀 다른 우수한 비저항 값을 나타내었다. 즉, Ag 코팅 Cu 플레이크를 함유한 페이스트를 질소 중에서 소결하는 경우는 순수 Ag 플레이크를 함유하는 고전도성 페이스트를 대기 중에서 경화시키는 경우와 거의 유사한 수준18)의 비저항 값을 나타내므로 Ag 코팅 Cu 플레이크를 산화시키지 않으면서 경화시킨다면 기존 소재와 유사한 전기전도도 특성을 가지면서도 가격 경쟁력이 월등한 도전 패턴을 얻을 수 있음을 검증할 수 있었다.
- 대기 중에서 경화시킨 시편의 경우 경화시간이 30분에서 60분으로 증가됨에 따라 비저항 값이 더욱 증가하는 경향이 관찰되었는데, 이는 대기 중 경화시간이 증가함에 따라 Ag 코팅 Cu 플레이크들의 표면 산화가 더욱 증가하기 때문으로 해석되었다. 즉, 경화시간의 증가는 에폭시 포물레이션의 경화도를 높이고 금속 필러간 접촉부에서 향상된 소결 특성을 나타낼 수는 있으나, 유일한 열전달 경로인 도전 필러들간 연결 통로의 마디마디마다 Cu 산화층을 더욱 두껍게 생성 시키므로 경화 페이스트의 전기전도도 감소, 즉 비저항 값 증가가 더욱 지배적으로 관찰될 수 있다. 열전도도 특성의 경우 도전 필러들간 연결 통로만이 유일한 열전도 경로가 아닐뿐더러 생성된 Cu 산화층 역시 완전한 단열 체가 아니므로 플레이크 표면 산화의 영향이 상대적으로 적을 수 있으나, 전기전도도 특성의 경우 도전 필러들간 연결 통로가 유일한 전기전도의 경로이고 Cu 산화층은 상온에서 전기적 절연체에 근접17)하므로 플레이크 표면 산화의 영향을 직접적으로 받는 것으로 해석되었다.
- 한편 경화 후 비저항 값 측정 결과 대기 중에서 경화시킨 시편의 경우 경화시간이 30분에서 60분으로 증가됨에 따라 비저항 값이 더욱 증가하는 열화 경향이 관찰되었으나, 60분의 동일한 경화시간 조건에서 질소 중 경화 시편은 대기중 경화 시편에 비할 수 없을 만큼 개선된 비저항 값을 나타내었다. 즉, 대기 중 경화시간의 증가는 유일한 전기 전도 경로인 도전 필러들간 연결 통로의 마디마디마다 전기적 절연체에 가까운 Cu 산화층의 생성 및 성장을 더욱 가속시키므로 경화 페이스트의 비저항값 증가에 강력한 영향력을 나타내었다. 요컨대 질소 분위기 중 60분간 경화시킨 Ag 코팅 Cu 플레이크 함유 페이스트는 7.
- 그 결과 질소 중에서 60분간 경화시킨 Ag 코팅 Cu 플레이크 페이스트는 순수 Ag 플레이크가 함유된 페이스트가 나타내는 열전도도에 근접하는 열특성을 나타내었다. 한편 경화 후 비저항 값 측정 결과 대기 중에서 경화시킨 시편의 경우 경화시간이 30분에서 60분으로 증가됨에 따라 비저항 값이 더욱 증가하는 열화 경향이 관찰되었으나, 60분의 동일한 경화시간 조건에서 질소 중 경화 시편은 대기중 경화 시편에 비할 수 없을 만큼 개선된 비저항 값을 나타내었다. 즉, 대기 중 경화시간의 증가는 유일한 전기 전도 경로인 도전 필러들간 연결 통로의 마디마디마다 전기적 절연체에 가까운 Cu 산화층의 생성 및 성장을 더욱 가속시키므로 경화 페이스트의 비저항값 증가에 강력한 영향력을 나타내었다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.