[논문]Temporary Bonding and Debonding 공정용 UV 경화형 접착 소재의 코팅 두께에 따른 물성 및 경화거동

이승우; 이태형; 박지원; 박초희; 김현중

doi:10.7736/kspe.2014.31.10.873

Temporary Bonding and Debonding 공정용 UV 경화형 접착 소재의 코팅 두께에 따른 물성 및 경화거동
Properties and Curing Behaviors of UV Curable Adhesives with Different Coating Thickness in Temporary Bonding and Debonding Process 원문보기

한국정밀공학회지 = Journal of the Korean Society for Precision Engineering, v.31 no.10, 2014년, pp.873 - 879

이승우 (서울대학교 접착과학 및 바이오복합재료 연구실) , 이태형 (서울대학교 접착과학 및 바이오복합재료 연구실) , 박지원 (서울대학교 접착과학 및 바이오복합재료 연구실) , 박초희 (서울대학교 접착과학 및 바이오복합재료 연구실) , 김현중 (서울대학교 접착과학 및 바이오복합재료 연구실)

Abstract ▼ AI-Helper

UV curable adhesives with different acrylic functionalities were synthesized for temporary bonding and debonding process in 3D multi-chip packaging process. The aim is to study various factors which have an influence on UV curing. The properties and curing behaviors were investigated by gel fraction, peel strength, probe tack, and shear adhesion failure temperature. The results show that the properties and curing behaviors are dependent on not only acrylic functionalities of binders but also UV doses and coating thickness.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

^7,8 아크릴계 UV 경화시스템에 있어서 물성을 조절할 수 있는 주된 인자로는 광개시제의 종류 및 함량, 다관능성 모노머 및 올리고머의 종류 및 함량 그리고 UV조사량 등을 들 수 있다.^9,10 지금까지는 주로 광개시제의 종류 및 함량, 다관능성 모노머의 종류 및 함량과 UV조사량에 따른 경화 정도를 측정하고 평가하는 연구^11,12가 주로 진행되었다면 본 논문에서는 1차적으로 합성된 우레탄 디이소시아네이트 올리고머의 양 말단기에 다관능성 모노머를 2차 우렌탄 반응을 통해 도입(end-capping)함으로써 최종적으로 2관능, 6관능, 10관능의 다관능 아크릴레이트 올리고머와 UV조사량에 따른 경화 거동을 살펴보고자 하였다. 따라서 기존 선형 구조의 아크릴계 광경화성 고분자가 아닌 우레탄 기반의 내열성과 물성이 개선된 소재를 다관능 구조로 합성함으로써 TBDB 공정에 적용할 수 있는 접착 소재로 활용하고자 하였다.
^9,10 지금까지는 주로 광개시제의 종류 및 함량, 다관능성 모노머의 종류 및 함량과 UV조사량에 따른 경화 정도를 측정하고 평가하는 연구^11,12가 주로 진행되었다면 본 논문에서는 1차적으로 합성된 우레탄 디이소시아네이트 올리고머의 양 말단기에 다관능성 모노머를 2차 우렌탄 반응을 통해 도입(end-capping)함으로써 최종적으로 2관능, 6관능, 10관능의 다관능 아크릴레이트 올리고머와 UV조사량에 따른 경화 거동을 살펴보고자 하였다. 따라서 기존 선형 구조의 아크릴계 광경화성 고분자가 아닌 우레탄 기반의 내열성과 물성이 개선된 소재를 다관능 구조로 합성함으로써 TBDB 공정에 적용할 수 있는 접착 소재로 활용하고자 하였다.
바인더(binder)의 tack측정을 통해 경화에 의한 거동을 간접적으로 평가해보고자 하였다. Probe tack은 texture analyzer (TA-XT 2i, Micro Stable Systems, UK)를 이용하였으며 상온에서 5 mm 직경의 stainless steel cylinder probe를 이용하였다.
본 논문에서는 TBDB 공정용 접착소재 측면에 주안점을 두고 UV 경화형 아크릴계 바인더(binder)를 합성하였으며 UV 조사에너지 및 도포 두께에 따라 다르게 나타나는 기본적인 경화 거동 및 접착 물성을 평가해보고자 하였다.

제안 방법

UV 조사에 의한 경화거동을 간접적으로 평가 해보기 위하여 겔분율(gel fraction)을 측정하였다. 다관능성 아크릴계 고분자 소재의 경우, 경화 반응이 진행될수록 가교(cross linking)에 의해 겔화(gelation)가 진행된다.
바인더(binder)의 내열성을 평가하기 위하여 shear adhesion failure temperature를 측정하였다. 시편은 stainless steel (SUS304) 기재 위에 1 x 1 in² 면적으로 코팅한 후 2kg 고무롤러를 이용하여 라미네이션(lamination)을 진행하였다.
접착제의 박리강도는 texture analyzer (TA-XT 2i, Micro Stable Systems, UK)를 이용하여 측정하였다. 시편 제작은 먼저 PET 필름(SK HAAS, Republic of Korea) 위에 접착소재를 코팅한 후 stainless steel (SUS304)에 25 mm의 폭으로 2kg 고무롤러를 이용하여 2회 반복하여 라미네이션(lamination)을 진행 한다. 이후 상온에서 24시간 방치한 후 ASTM D3330 규격에 의해 180 ℃ 방향으로 300 mm/min의속도로 박리를 진행하고 강도를 측정한다.
시편은 stainless steel (SUS304) 기재 위에 1 x 1 in² 면적으로 코팅한 후 2kg 고무롤러를 이용하여 라미네이션(lamination)을 진행하였다. 시편은 상온에서 24 시간 방치된 후 0.5kg 추를 연결하여 0.4 ℃/min 의속도로 승온시키며 기재에서 떨어지는 온도를 측정하였다.
시편 제작은 먼저 PET 필름(SK HAAS, Republic of Korea) 위에 접착소재를 코팅한 후 stainless steel (SUS304)에 25 mm의 폭으로 2kg 고무롤러를 이용하여 2회 반복하여 라미네이션(lamination)을 진행 한다. 이후 상온에서 24시간 방치한 후 ASTM D3330 규격에 의해 180 ℃ 방향으로 300 mm/min의속도로 박리를 진행하고 강도를 측정한다.
접착제의 박리강도는 texture analyzer (TA-XT 2i, Micro Stable Systems, UK)를 이용하여 측정하였다. 시편 제작은 먼저 PET 필름(SK HAAS, Republic of Korea) 위에 접착소재를 코팅한 후 stainless steel (SUS304)에 25 mm의 폭으로 2kg 고무롤러를 이용하여 2회 반복하여 라미네이션(lamination)을 진행 한다.
다관능성 아크릴계 고분자 소재의 경우, 경화 반응이 진행될수록 가교(cross linking)에 의해 겔화(gelation)가 진행된다. 측정 방법은 샘플을 상온에서 톨루엔(toluene)에 24시간동안 침지시킨 후 침지 전후의 무게를 측정하여 비율을 계산하게 된다. 수식은 다음과 같다.

대상 데이터

3) 반응 촉매로는 dibutyltin dilaurate (Sigma Aldrich, Republic of Korea)이 사용되었다. 광개시제로는 hydroxydimethyl acetophenone (Micure HP-8, Miwon specialty chemical Co., Ltd, Republic of Korea)이 사용되었고 개시제에 의한 개시 반응 메커니즘은 Fig. 4와 같다.⁶
사용된 재료는 우레탄 디이소시아네이트 올리고머(urethane diisocyanate oligomer, 분자량: 약1500) 와 1관능 아크릴레이트 (hydroxyethyl methacrylate, Sigma Aldrich, Republic of Korea), 3관능 아크릴레이트 (pentaerythritol triacrylate, Sigma Aldrich, Republic of Korea), 5관능 아크릴레이트(dipentaerythritol pentaacrylate, Sigma Aldrich, Republic of Korea)를 각각 우레탄 반응을 이용하여 합성하여 2관능(Binder I), 6관능(Binder II), 10관능(Binder III)의 UV경화형 아크릴레이트 바인더(binder)를 얻었으며 (Fig. 3) 반응 촉매로는 dibutyltin dilaurate (Sigma Aldrich, Republic of Korea)이 사용되었다. 광개시제로는 hydroxydimethyl acetophenone (Micure HP-8, Miwon specialty chemical Co.
바인더(binder)의 내열성을 평가하기 위하여 shear adhesion failure temperature를 측정하였다. 시편은 stainless steel (SUS304) 기재 위에 1 x 1 in² 면적으로 코팅한 후 2kg 고무롤러를 이용하여 라미네이션(lamination)을 진행하였다. 시편은 상온에서 24 시간 방치된 후 0.

성능/효과

앞서 언급한 peel strength와 마찬가지로 tack은 바인더(binder)의 분자량, 경화율, 젖음성 등으로부터 영향을 받는 것으로 알려져 있다.^15,16그래프를 통해 알 수 있는 바와 같이 코팅 두께에 관계없이 UV조사량 400 doses 이상부터는 거의 일정한 값을 가지는 것으로 나타났으며, 코팅 두께를 기준으로 비교한다면 모든 조건에서 바인더(binder) I-III사이의 차이가 크지 않다는 것을 알 수 있었다. 이는 바인더(binder)의 관능기 수 보다 UV조사에 의한 초기 경화가 tack에 보다 큰 영향을 끼치는 것으로 해석할 수 있다.
그래프에서 볼 수 있듯이 바인더(binder) I – III 모두 초기에는 겔분율(gel fraction)이 급격하게 증가하지만 UV 조사에너지가 증가할수록 증가폭이 감소하다가 일정해지는 경향을 살펴볼 수 있다. 가교반응을 진행할 수 있는 반응사이트가 더 많은 경우 동일한 조사량에서 더 높은 겔분율을 나타내었고, 바인더(binder) 모두 겔분율은 UV조사량 400 doses까지는 급격하게 증가하였다. 하지만 UV 조사에너지의 계속적인 증가에도 불구하고 겔분율 (gel fraction)이 100%에 다다르지 않는 결과를 확인할 수 있다.

후속연구

따라서 TBDB 공정에 적용 가능한 UV경화형 접착 소재를 합성하고 물성 조절 인자(코팅 두께, 바인더(binder)의 관능기 수, UV조사량) 등을 달리하여 물성을 평가해 보는 것은 매우 중요한 작업이라 볼 수 있다. 요컨대 본 연구는 TBDB공정용 접착제설계에 있어서 중요한 기초 데이터로 활용되리라 본다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	소재에 대한 기술 개발이 매우 파급효과가 크다고 볼 수 있는 점은 무엇인가?	하지만 반도체 공정용 접착소재의 경우, 국내 기술이 세계 최고 수준에 비해 아직 걸음마 수준이고 특히 TBDB 공정용 접착소재의 경우 국내에서의 연구 개발이 전무한 실정이다. 소재에 대한 기술 개발은 비단 소재에서 끝나는 것이 아니라 맞춤형 장비를 제작하고 공정을 결정짓게 하며 이후 설비구동 시 다시 해당 소재에 의존하게 된다는 점에서 매우 파급효과가 크다고 볼 수 있다. 따라서 TBDB 공정에 적용 가능한 UV경화형 접착 소재를 합성하고 물성 조절 인자(코팅 두께, 바인더 (binder)의 관능기 수, UV조사량) 등을 달리하여 물성을 평가해 보는 것은 매우 중요한 작업이라 볼 수 있다.
	최근 스마트폰, 태블릿 PC와 같은 소형 전자기기는 어떤 특징을 우선시하고 있는가?	최근 스마트폰, 태블릿 PC와 같은 소형 전자기기는 사용자 측면에서 바라볼 때 무게 면에 있어 서는 경량화, 크기 면에 있어서는 소형화, 두께 면에 있어서는 박형화의 특징을 우선시하고 있다. 이를 위해서는 반도체 칩의 박형화, 집적화, 고속 처리화가 요구되며 실리콘 관통 전극(through-silicon vias, TSVs)을 이용한 3차원 패키징 기술이 괄목할 만한 차세대 기술로 각광받고 있다(Fig.
	반도체 공정 장비에 대한 연구 및 기술 개발의 문제점은 무엇인가?	그 동안 반도체 산업의 발달에 힘입어 반도체 공정 장비에 대한 연구 및 기술 개발은 국내 대기업을 중심으로 활발하게 진행되어 왔다. 하지만 반도체 공정용 접착소재의 경우, 국내 기술이 세계 최고 수준에 비해 아직 걸음마 수준이고 특히 TBDB 공정용 접착소재의 경우 국내에서의 연구 개발이 전무한 실정이다. 소재에 대한 기술 개발은 비단 소재에서 끝나는 것이 아니라 맞춤형 장비를 제작하고 공정을 결정짓게 하며 이후 설비구동 시 다시 해당 소재에 의존하게 된다는 점에서 매우 파급효과가 크다고 볼 수 있다.

참고문헌 (19)

Lee, S.-W., Park, C.-H., Park, J.-W., Lim, D.-H., Kim, H.-J., et al., "Temporary Bonding & Debonding Adhesives for 3D Multichip Packaging," Polym. Sci. Technol., Vol. 24, No. 3, pp. 277-284, 2013.
Lee, S.-W., Park, J.-W., Lee, S.-H., Lee, Y.-J., Bae, K.-R., et al., "Adhesion Performance of UV-curable Debonding Acrylic PSAs with Different Thickness in Thin Si-wafer Manufacture Process," J. Adhesion and Interface, Vol. 11, No. 3, pp. 120-125, 2010.
Bilenberg, B., Niesen, T., Clausen, B., and Kristensen, A., "PMMA to SU-8 Bonding for Polymer Based Lab-on-a-chip Systems with Integrated Optics," J. Micromech. Microeng., Vol. 14, No. 6, pp. 814-817, 2004.

상세보기
Puligadda, R., Pillalamarri, S., Hong, W., Brubaker, C., Wimplinger, M., and Pargfrieder, S., "High-Performance Temporary Adhesives for Wafer Bonding Applications," MRS Proceedings, Vol. 970, pp. 239-252, 2007.
Moore, J., Smith, A., Nguyen, D., and Kulkarni, S., "High Temperature Resistant Adhesive for Wafer Thinning and Backside Processing," CS MANTECH, Vol. 8, pp. 810-812, 2004.
Chattopadhyay, D. K., Panda, S. S., and Raju, K. V. S. N., "Thermal and Mechanical Properties of Epoxy Acrylate/methacrylates UV Cured Coatings," Prog. Org. Coat., Vol. 54, No. 1, pp. 10-19, 2005.

상세보기
Lee, S.-W., Park, J.-W., Park, C.-H., Kwon, Y.-E., Kim, H.-J., et al., "Optical Properties and UV-curing Behaviors of Optically Clear PSA- $TiO_2$ Nanocomposites," ,Int. J. Adhes. Adhes, Vol. 44, pp. 200-208 2013.

상세보기
Do, H.-S., Park, Y.-J., and Kim, H.-J., "Preparation and Adhesion Performance of UV-crosslinkable Acrylic Pressure Sensitive Adhesives," J. Adhesion Sci. Technol., Vol. 20, No. 13, pp. 1529-1545, 2006.

상세보기
Kajtna, J., Likozar, B., Golob, J., and Krajnc, M., "The Influence of the Polymerization on Properties of an Ethylacrylate/2-ethyl hexylacrylate Pressuresensitive Adhesive Suspension," Int. J. Adhes. Adhes., Vol. 28, No. 7, pp. 382-390, 2008.

상세보기
Kajtna, J., Golob, J., and Krajnc, M., "The Effect of Polymer Molecular Weight and Crosslinking Reactions on the Adhesion Properties of Microsphere Water-based Acrylic Pressure-sensitive Adhesives," Int. J. Adhes. Adhes., Vol. 29, No. 2, pp. 186-194, 2008.
Lee, S.-W., Park, J.-W., Kim, H.-J., Kim, K.-M., Kim, H.-I., and Ryu, J.-M., "Adhesion Performance and Microscope Morphology of UV-Curable Semiinterpenetrated Dicing Acrylic PSAs in Si-wafer Manufacture Process for MCP," J. Adhesion Sci. Technol., Vol. 26, No. 1-3, pp. 317-329, 2012.
Ryu, C.-M., Pang, B.-L., Kim, H.-I., Kim, K.-M., Lee, S.-W., et al., "Effect of Side Chain on Wettability and Adhesion Performance of Acrylic Pressure-sensitive Adhesives on Thin Silicon Wafer," J. Adhesion Sci. Technol., Vol. 27, No. 10, pp. 1136-1145, 2013.

상세보기
Park, Y.-J., Lim, D.-H., Kim, H.-J., Park, D.-S., and Sung, I.-K., "UV-and Thermal-curing Behaviors of Dual-curable Adhesives Based on Epoxy Acrylate Oligomers," Int. J. Adhes. Adhes., Vol. 29, No. 7, pp. 710-717, 2009.

상세보기
Lee, S.-W., Park, J.-W., Park, C.-H., Lim, D.-H., Kim, H.-J., et al., "UV-curing and Thermal Stability of Dual Curable Urethane Epoxy Adhesives for Temporary Bonding in 3D Multi-chip Package Process," Int. J. Adhes. Adhes., Vol. 44, pp. 138-143, 2013.

상세보기
Zosel, A., "Adhesion and Tack of Polymers: Influence of Mechanical Properties and Surface Tension," Colloid Polym. Sci., Vol. 263, No. 7, pp. 541-543, 1985.

상세보기
Zosel, A., "Effect of Cross-linking on Tack and Peel Strength of Polymers," J. Adhesion, Vol. 34, No. 1-4, pp. 201-209, 1991.

상세보기
Garrou, P., Bower, C., and Ramm, P., "Handbook of 3D Integration: Technology and Application s of 3D Integrated Circuits," Wiley-VCH VerlagGmbH, Weinheim, pp. 27-28, 2008.
Czech, Z., "Synthesis and Cross-linking of Acrylic PSA System," J. Adhesion Sci. Technol., Vol. 21, No. 7, pp. 625-635, 2007.

상세보기
Czech, Z. and Wojciechowicz, M., "The Crosslinking Reaction of Acrylic PSA Using Chelate Metal Acetylacetonates," Eur. Polym. J., Vol. 42, No. 9, pp. 2153-2160, 2006.

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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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