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[국내논문] 후속 열처리조건이 스크린 프린팅 Ag 박막과 폴리이미드 사이의 필강도에 미치는 영향
Effect of Post-Annealing Condition on the Peel Strength of Screen-printed Ag Film and Polyimide Substrate 원문보기

마이크로전자 및 패키징 학회지 = Journal of the Microelectronics and Packaging Society, v.24 no.2, 2017년, pp.69 - 74  

배병현 ((주)비츠로테크) ,  이현철 ((주)스태츠칩팩코리아) ,  손기락 (안동대학교 신소재공학부 청정에너지소재기술연구센터) ,  박영배 (안동대학교 신소재공학부 청정에너지소재기술연구센터)

초록
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인쇄전자소자 금속 배선의 고온 신뢰성 평가를 위해 스크린 프린팅 기법으로 도포된 Ag 박막과 폴리이미드 기판 사이의 계면접착력을 $200^{\circ}C$ 후속 열처리 시간에 따라 $180^{\circ}$ 필 테스트를 통해 평가하였고, 박리 계면 미세구조를 분석하였다. 후속 열처리 전 필 강도는 약 16.7 gf/mm 이었고, 열처리 24 시간 후 필 강도는 29.4 gf/mm까지 증가하였는데, 이는 초기 열처리에 의해 접합계면에서 Ag-O-C 화학 결합의 증가와 바인더의 organic bridges 효과가 주 원인인 것으로 판단된다. 한편, 열처리 시간이 48, 100, 250, 500 시간으로 더욱 증가함에 따라 필 강도는 각각 22.3, 3.6, 0.6, 0.1 gf/mm으로 급격히 감소하는 거동을 보였다. 이는 $200^{\circ}C$의 고온에서 장시간 노출되었을 때 Cu/Ag 계면 산화막 형성이 주 원인인 것으로 판단된다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Effect of post-annealing treatment times at $200^{\circ}C$ on the peel strength of screen-printed Ag film/polyimide substrate were systematically investigated by $180^{\circ}$ peel test for thermal reliability assessment of printed interconnect. Initial peel strength around 16....

주제어

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문제 정의

  • 따라서, 본 연구에서는 폴리이미드에 스크린 프린팅 기법으로 인쇄한 Ag 박막의 계면 접착력에 미치는 장시간 열처리 조건의 영향을 평가하기 위해, 200℃의 온도에서 500시간까지 유지하며 Ag와 폴리이미드 사이의 계면 접착력을 180° 필 테스트로 측정한 후, 박리된 스크린 프린팅 Ag와 폴리이미드 파면에 대한 미세조직 및 화학구조 분석을 통해 열처리에 따른 계면 접착력 거동을 이해하고자 하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
폴리이미드가 절연층으로 많이 사용되고 있는 이유는? 이에 따라 복잡하고 공정 비용이 많이 드는 사진식각공정(photolithography)을 대신하여 Ag 입자와 전도성 바인더를 혼합한 Ag 페이스트를 사용하여 저온, 상압에서 유연 기판에 금속 배선을 형성할 수 있는 인쇄 배선 기술에 관한 연구가 매우 활발히 진행 중이다.1-3) 연성인쇄회로기판 재료로 사용되는 폴리이미드는 낮은 유전상수의 물질로서 높은 열적 안정성, 기계적 강도, 화학적 저항성을 가지고 있어 절연층으로 많이 사용되고 있다. 그러나 반응성이 낮은 Ag와 고분자 재료인 폴리이미드 사이의 계면 접착력이 매우 낮아 공정 중 수동 부품 소자 또는 배선이 박리되는 문제나 수분, 오염물질이 침투하는 등 공정상 불량이 발생하며, 실제 사용 조건에서의 장기간 신뢰성을 보장하기 어려운 실정이다.
높은 계면 접착력의 유지가 인쇄전자부품의 장기 신뢰성 확보를 위해 필수적인 이유는? 4) 이와 같이 우수한 계면 접착력 확보를 위해 Ar 또는 O2 플라즈마와 같은 건식4-10) 및 알칼리 습식11-14) 표면 전처리를 통한 다양한 계면 접착력 향상에 관한 연구결과들이 보고되고 있다. 그러나 가혹한 환경에서 존재하는 수분과 열로 인해 계면 접착력 저하가 발생하면 배선이 기판에서 박리되어 부품의 수명 단축에 영향을 미칠 수 있다. 그러므로 인쇄전자부품의 장기 신뢰성 확보를 위해서는 다양한 신뢰성 환경에서 높은 계면 접착력 유지가 필수적이다.
Ag 페이스트에 사용되는 바인더의 목적은? Ag 페이스트에 사용되는 바인더는 유기성 용매로써 전도성 입자들의 분산력을 조절하여 인쇄성 향상에 목적이 있다.6) 바인더는 건조를 통해 기판과 전도성 입자 사이에서 organic bridges를 형성하여 계면 접착력을 향상시키는데, 건조가 충분치 못하면 이러한 반응이 활성화가 안되어 접착력이 낮아지고, 과도한 건조 조건에서는 바인더 성분이 분해되어 제거되기 때문에 접착력이 저하된다는 연구가 보고 되어서, 최적의 건조 조건 확보가 매우 중요하다.
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참고문헌 (21)

  1. B. I. Noh, and S. B. Jung, "Effect of Ni-Cr Layer on Adhesion Strength of Flexible Copper Clad Laminate", J. Electron. Mater., 38(1), 46 (2009). 

  2. J. Jang, and T. Earmme, "Interfacial study of polyimide/copper system using silane-modified polyvinylimidazoles as adhesion promoters", Polymer, 42(7), 2871 (2001). 

  3. K. W. Lee, and A. Viehbeck, "Wet-process surface modification of dielectric polymers: {Adhesion} enhancement and metallization", IBM J. Res. Dev., 38(4), 457 (1994). 

  4. S. C. Park, and Y. B. Park, "Effect of CF4 plasma treatment on the interfacial fracture energy between inkjet-printed Ag and flexible polyimide films", Surf. Coat. Tech., 205(2), 423 (2010). 

  5. S. C. Park, K. J. Min, K. H. Lee, Y. S. Jeong, and Y. B. Park, "Effects of Temperature and Humidity Treatment Conditions on the Interfacial Adhesion Energy between the Electroless-Plated Ni and Polyimide", Jpn. J. Appl. Phys., 49(8S1), 08JK01 (2010). 

  6. I. H. Lee, S. H. Kim, J. H. Yun, I. K. Park, and T. S. Kim, "Interfacial toughening of solution processed Ag nanoparticle thin films by organic residuals", Nanotechnology, 23(48), 485704 (2012). 

  7. H. S. Han, S. W. Kwak, B. M Kim, T. M. Lee, S. H. Kim, and I. Y. Kim, "Effect of PVP(polyvinylpyrrolidone) on the Ag Nano Ink Property for Reverse Offset Printing", Kor. J. Mater. Res., 22(9), 476 (2012). 

  8. D. J. Kim, S. H. Jeong, H. J. Shin, Y. N. Xia, and J. H. Moon, "Heterogeneous Interfacial Properties of Ink-Jet-Printed Silver Nanoparticulate Electrode and Organic Semiconductor", Adv. Mater., 20(16), 3084 (2008). 

  9. Y. B. Park, I. S. Park, and J. Yu, "Interfacial fracture energy measurements in the Cu/Cr/polyimide system", Mater. Sci. Eng: A., 266(1), 261 (1999). 

  10. Y. B. Park, and J. Yu, "Effects of Electroplated Cu Thickness and Polyimide Plasma Treatment Conditions on the Interfacial Fracture Mechanics Parameters in the Cu/Cr/Polyimide System", Met. Mater. Int., 7(2), 123 (2001). 

  11. J. Y. Song, and J. Yu, "Analysis of the T-peel strength in a Cu/Cr/Polyimide system", Acta Mater., 50(16), 3985 (2002). 

  12. M. H. Kim, and K. W. Lee, "The Effects of Ion Beam Treatment on the Interfacial Adhesion of Cu/polyimide System", Met. Mater. Int., 12(5), 425 (2006). 

  13. S. H. Kim, S. H. Na, N. E. Lee, Y. W. Nam, and Y. H. Kim, "Effect of surface roughness on the adhesion properties of Cu/Cr films on polyimide substrate treated by inductively coupled oxygen plasma", Surf. Coat. Tech., 200(7), 2072 (2005). 

  14. I. S. Park, E. C. Ahn, J. Yu and H. Y. Lee, "Cohesive failure of the Cu/polyimide system", Mater. Sci. Eng: A., 282(1), 137 (2000). 

  15. S. C. Park, K. J. Min, K. H. Lee, Y. S. Jeong, and Y. B. Park, "Effect of Annealing on the Interfacial Adhesion Energy between Electroless-Plated Ni and Polyimide", Met. Mater. Int., 17(1), 111 (2011). 

  16. S. C. Park, J. W. Kim, K. H. Kim, S. H. Park, Y. M. Lee, and Y. B. Park, "Interfacial Adhesion between Screen-Printed Ag and Epoxy Resin-Coated Polyimide", J. Microelectron. Packag. Soc., 17(1), 41 (2010). 

  17. B. S. Min, K. H. Seo, W. S. Chung, I. S. Lee, and S. C. Park, "Application of Plasma Cleaning for Plating Pretreatment", J. Kor. Inst. Met. & Mater., 40(8), 886 (2002). 

  18. K. J. Min, S. C. Park, K. H. Lee, Y. S. Jeong, and Y. B. Park, "Effect of Wet Chemical Pretreatment Conditions on the Interfacial Adhesion Energy between Electroless-Plated Ni and Polyimide Films", Jpn. J. Appl. Phys., 48(8S1), 08HL03 (2010). 

  19. J. K. Kim, K. Son, and Y. B. Park, "Interfacial Adhesion and Reliability between Epoxy Resin and Polyimide for Flexible Printed Circuit Board", J. Microelectron. Packag. Soc., 21(1), 75. (2017). 

  20. R. A. Zarate, F. Hevia, S. Fuentes, V. M. Fuenzalida, and A. Zuniga, "Novel route to synthesize CuO nanoplatelets", J. Solid. State. Chem., 180(4), 1464 (2007). 

  21. M. A. Dar, Y. S. Kim, W. B. Kim, J. M. Sohn, and H. S. Shin, "Structural and magnetic properties of CuO nanoneedles synthesized by hydrothermal method", Appl. Surf. Sci., 254(22), 7477 (2008). 

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