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[국내논문] 두꺼운 Ag shell이 형성되는 40 wt.% Ag 코팅 Cu 입자의 제조 및 입자 내 결함 억제
Preparation of 40 wt.% Ag-coated Cu Particles with Thick Ag Shells and Suppression of Defects in the Particles 원문보기

마이크로전자 및 패키징 학회지 = Journal of the Microelectronics and Packaging Society, v.24 no.4, 2017년, pp.65 - 71  

최은별 (서울과학기술대학교 의공학-바이오소재 융합협동과정 신소재공학 프로그램) ,  이종현 (서울과학기술대학교 신소재공학과)

초록
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내산화성 및 Ag 함량을 증가시킨 Cu계 필러 소재를 제조하고자 평균 직경 $2{\mu}m$의 구형 Cu 입자에 약 40 wt.% 수준으로 Ag를 코팅한 Ag 코팅 Cu 입자를 제조하여 그 내산화 거동을 분석하였다. Ethylenediaminetetraacetic acid 착화제만을 첨가하여 제조된 Ag 코팅 Cu 입자는 Ag 이온들과 Cu 원자들간의 과도한 갈바닉 치환 반응에 의한 Ag shell/Cu core 계면의 분리 및 입자 내부가 비어있는 결함 입자들이 종종 생성되어 Ag 코팅 Cu 입자의 형상이 무너지는 문제점들이 관찰되었다. 그 결과 40 wt.%의 Ag 코팅 후 결함 입자들의 총 분율은 19.88%까지 증가하였다. 그러나 hydroquinone 환원제를 추가적으로 첨가하여 40 wt.% Ag를 코팅시킨 Cu 입자들의 경우 결함 생성률이 9.01%까지 감소하였고, 표면이 매끄럽고 상대적으로 치밀한 Ag shell이 형성되면서 $160^{\circ}C$의 대기 중에서 2시간동안 노출 시에도 산화에 의한 무게 증가가 관찰되지 않아 향상된 내산화 특성을 나타내었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

To prepare the Cu-based filler material indicating enhanced oxidation resistance property and Ag content, Ag-coated Cu particles was fabricated by Ag plating of 40 wt % on the spherical Cu particles with an average size of $2{\mu}m$ and their oxidation behavior was also evaluated. In the ...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 시스템에서는 갈바닉 치환 반응에 의한 Cu 원자의 이온화가 Ag shell/Cu core 계면 분리 결함 생성 및 Cu core 의 제거에 의한 내부가 빈 입자들의 생성이라는 두 가지의 결함 모드가 관찰되는 결과를 나타내었다. Fig.
  • 이에 본 연구에서는 Ag 전구체 이외에 ethylenediamine tetraacetic acid(EDTA, C10H16N2O8) 착화제(complexing agent)만을 사용하여 Cu 입자상에 100 nm 이상의 Ag 코팅 층을 형성시키는 습식 도금공정을 통해 두꺼운 Ag shell 을 가지는 Ag 코팅 Cu 입자들을 제조하고자 하였고, 그 과정에서 환원제의 추가 첨가 영향을 분석하고자 하였다. 이후 다양한 도금액 조성에서 만들어진 Ag 코팅 Cu 입자들의 내산화 특성들을 상호 비교하며 Ag 코팅층의 품질 변화를 모니터링 해 보았다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
Ag 코팅 Cu의 산화 특성에 따라 산화층의 형성은 무슨 영향을 미치는가? 제조 가격을 고려할 때 Ag 코팅 공정은 습식 공정으로 진행되는 것이 유리한데, 이 경우 Ag 코팅층의 Cu 표면 감쌈 정도, 균일도, 두께, 그리고 그 미세구조과 치밀도 등은 Ag 코팅 Cu의 산화 특성에 직접적인 영향을 미치게 될 것이다.12,14,15) 즉, Ag 코팅층이 형성되지 않은 부분이 존재하거나, Ag 코팅층이 형성되었더라도 그 Ag 코팅층의 미세구조가 좋지 않고 치밀도가 낮다면 Cu가 쉽게 산화되어 표면에 산화층을 형성할 수 있는데, 전도성 페이스트의 전도 기구가 필러 입자들간의 접촉임을 고려할 때 이러한 산화층의 형성은 궁극적으로 페이스트 소성체의 전기전도도에 큰 악영향을 미치게 된다.7,9,10,12-14,16) 따라서 Ag 코팅 Cu 필러 소재에 Ag 코팅층을 보다 두껍게 형성하여 사용한다면 페이스트의 전기전도도 및 전기전도도의 장기 안정성이 향상될 것으로 예상된다.
등방성 전도 페이스트는 어디에 사용되어 왔는가? 등방성 전도 페이스트(paste)는 인쇄 또는 디스펜싱(dispensing) 공정으로 사용되어 도전 배선 및 전극, 그리고 접합부 형성 소재로서 각종 전기 · 전자모듈의 제조에 광범위하게 사용되어 왔다.1-6) 그러나 전도 페이스트에 70~80%의 무게 분율로 첨가되는 금속 필러(filler) 소재는 거의 Ag 분말로 사용되고 있어1-6) 페이스트의 높은 가격에 직접적인 영향을 미치는 바 저가의 소재로 이를 대체하고자 하는 연구가 학계와 산업계에 걸쳐 전반적으로 진행되고 있는데, 그 대표적인 예가 Ag 코팅 Cu 분말 소재이다.
Ag 코팅 Cu 분말이란 무엇인가? Ag 코팅 Cu 분말은 저가의 Cu 분말을 필러 소재로 사용하되 Ag 코팅을 통해 Cu 분말의 단점인 산화 특성을 억제시키고자 한 소재이다. 제조 가격을 고려할 때 Ag 코팅 공정은 습식 공정으로 진행되는 것이 유리한데, 이 경우 Ag 코팅층의 Cu 표면 감쌈 정도, 균일도, 두께, 그리고 그 미세구조과 치밀도 등은 Ag 코팅 Cu의 산화 특성에 직접적인 영향을 미치게 될 것이다.
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참고문헌 (25)

  1. V. Brusic, G. S. Frankel, J. Roldan, and R. Saraf, "Corrosion and Protection of a Conductive Silver Paste", J. Electrochem. Soc., 142(8), 2591 (1995). 

  2. J. S. Park, J. H. Hwang, J. G. Kim, Y. H. Kim, H. D. Park, and S. K. Kang, "Properties of Ag Thick Films Fabricated by Using Low Temperature Curable Ag Pastes", Kor. J. Mater. Res., 13(1), 18 (2003). 

  3. D. Lu, Q. K. Tong, and C. P. Wong, "Conductivity Mechanisms of Isotropic Conductive Adhesives (ICAs)", Proc. International Symposium on Advanced Packaging Materials, 2, IEEE (1999). 

  4. L. Ye, Z. Lai, J. Liu, and A. Tholen, "Effect of Ag Particle Size on Electrical Conductivity of Isotropically Conductive Adhesives", IEEE Trans. Electron. Packag. Manuf., 22(4), 299 (1999). 

  5. D. Lu, Q. K. Tong, and C. P. Wong, "A Study of Lubricants on Silver Flakes for Microelectronics Conductive Adhesives", IEEE Trans. Compon. Packag. Technol., 22(3), 365 (1999). 

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  7. X. Xu, X. Luo, H. Zhuang, W. Li, and B. Zhang, "Electroless Silver Coating on Fine Copper Powder and Its Effects on Oxidation Resistance", Mater. Lett., 57(24-25), 3987 (2003). 

  8. H. T. Hai, J. G. Ahn, D. J. Kim, J. R. Lee, H. S. Chung, and C. O. Kim, "Developing Process for Coating Copper Particles with Silver by Electroless Plating Method", Surf. Coat. Technol., 201(6), 3788 (2006). 

  9. R. Zhang, W. Lin, K. Lawrence, and C. P. Wong, "Highly Reliable, Low Cost, Isotropically Conductive Adhesives Filled with Ag-coated Cu Flakes for Electronic Packaging Applications", Int. J. Adh. Adh., 30(6), 403 (2010). 

  10. D. S. Jung, H. M. Lee, Y. C. Kang, and S. B. Park, "Air-stable Silver-coated Copper Particles of Sub-micrometer Size', J. Colloid Interface Sci., 364(2), 574 (2011). 

  11. J. Zhao, D. M. Zhang, and J. Zhao, "Fabrication of Cu-Ag Core-shell Bimetallic Superfine Powders by Eco-friendly Reagents and Structures Characterization", J. Solid State Chem., 184(9), 2339 (2011). 

  12. J. H. Kim, and J.-H. Lee, "Effects of Pretreatment and Ag Coating Processes Conditions on the Properties of Ag-coated Cu Flakes", Kor. J. Mater. Res., 24(11), 617 (2014). 

  13. G. Kim, K.-M. Jung, J.-T. Moon, and J.-H. Lee, "Electrical Resistivity and Thermal Conductivity of Paste Containing Ag-coated Cu Flake Filler", J. Microelectron. Packag. Soc., 21(4), 51 (2014). 

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  22. C. Chang, Z. Lei, Y. Li, and Z. Wang, "Electrochemical Research of a Stable Electroless Silver Bath", J. Electrochem. Soc., 163(3), D121 (2016). 

  23. M. Grouchko, A. Kamyshny, and S. Magdassi, "Formation of Air-stable Copper-Silver Core-Shell Nanoparticles for Inkjet Printing", J. Mater. Chem., 117, 3057 (2009). 

  24. A. Muzikansky, P. Nanikashvili, J. Grinblat, and D. Zitoun, "Ag Dewetting in Cu@Ag Monodisperse Core-Shell Nanoparticles", J. Phys. Chem. C, 117, 3093 (2013). 

  25. J. H. Kim, and J.-H. Lee, "Microstructural Investigation of the Oxidation Behavior of Cu in Ag-coated Cu Films Using a Focused Ion Beam Transmission Electron Microscopy Technique", Jap. J. Appl. Phys., 55(653), 06JG01 (2016). 

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