[논문]신축 전자패키지 배선용 금속박막의 신축변형-저항 특성 II. Au, Pt 및 Cu 박막의 특성 비교

박동현; 오태성

doi:10.6117/kmeps.2017.24.3.019

신축 전자패키지 배선용 금속박막의 신축변형-저항 특성 II. Au, Pt 및 Cu 박막의 특성 비교
Stretchable Deformation-Resistance Characteristics of Metal Thin Films for Stretchable Interconnect Applications II. Characteristics Comparison for Au, Pt, and Cu Thin Films 원문보기

마이크로전자 및 패키징 학회지 = Journal of the Microelectronics and Packaging Society, v.24 no.3, 2017년, pp.19 - 26

박동현 (홍익대학교 공과대학 신소재공학과) , 오태성 (홍익대학교 공과대학 신소재공학과)

초록
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Polydimethylsiloxane (PDMS) 기판과 금속박막 사이의 중간층으로 parylene F를 사용한 신축패키지 구조에서 Au, Pt, Cu 박막의 신축변형에 따른 저항변화를 분석하였다. Parylene F 중간층을 코팅한 PDMS 기판에 스퍼터링한 150 nm 두께의 Au 박막과 Pt 박막은 각기 $1.56{\Omega}$ 및 $5.53{\Omega}$의 초기저항을 나타내었으며, 30% 인장변형률에서 각 박막의 저항증가비 ${\Delta}R/R_o$은 각기 7 및 18로 측정되었다. Cu 박막은 $18.71{\Omega}$의 높은 초기저항을 나타내었으며 인장변형에 따라 저항이 급격히 증가하다 5% 인장변형률에서 open 되어, Au 박막과 Pt 박막에 비해 매우 열등한 신축 특성을 나타내었다.

Abstract ▼ AI-Helper

Stretchable deformation-resistance characteristics of Au, Pt, and Cu films were measured for the stretchable packaging structure where a parylene F was used as an intermediate layer between a PDMS substrate and a metal thin film. The 150 nm-thick Au and Pt films, sputtered on the parylene F-coated PDMS substrate, exhibited the initial resistances of $1.56{\Omega}$ and $5.53{\Omega}$, respectively. The resistance increase ratios at 30% tensile strain were measured as 7 and 18 for Au film and Pt film, respectively. The 150 nm-thick Cu film, sputtered on the parylene F-coated PDMS substrate, exhibited a very poor stretchability compared to Au and Pt films. Its resistance was initially $18.71{\Omega}$, rapidly increased with applying tensile deformation, and finally became open at 5% tensile strain.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 신축 전자패키지용 금속박막 신축배선을 개발하기 위한 기초연구로서, PDMS 기판과 금속박막 사이의 중간층으로 Cr 대신 parylene F을 사용한 신축패키지 구조에서 Au, Pt, Cu 박막의 신축변형에 따른 저항 변화를 분석하였다.

제안 방법

금속박막이 스퍼터링된 PDMS 신축기판을 1 mm/min의 변형률 속도로 0-30% 인장변형률 범위에서 3회 신축 변형하면서 금속박막의 종류 및 Cr 접착층의 유무에 따른 금속박막의 신축변형-저항 특성을 실시간으로 측정하였다. 광학현미경을 사용하여 금속박막의 표면 형상을 관찰하였다.

대상 데이터

³¹⁾ 본 연구에서는 parylene F 중간층이 PDMS와 Pt 박막 및 Cu 박막간의 접착력에 미치는 영향을 분석하기 위해 앞선 연구에서 사용하였던 Scotch 테잎 접착력 시험을 하였다. 이들 시편들은 신축변형-저항 특성을 측정하기 위한 시편과 같은 구조로서, 신축변형-저항 특성을 향상시키기 위해 금속 박막의 스퍼터링시 PDMS 기판의 swelling을 발생시킨 시편들이었다.

성능/효과

PDMS 신축기판과 금속박막 사이에 parylene F 중간층만 있는 시편들이 parylene F 층과 Cr 접착층을 모두 형성한 시편과 비교하여 훨씬 더 우수한 신축변형-저항 특성을 나타내었다. Au, Pt, Cu 박막 중에서는 Au 박막이 Pt 박막이나 Cu 박막보다 훨씬 우수한 신축변형-저항 특성을 나타내어 신축 전자패키지용 금속박막 배선으로 가장 적합하였다.
PDMS 기판에 금속박막 배선을 형성시 기존의 Cr 접착층을 parylene F 중간층으로 대체하는 것이 가능하였다. Parylene F를 코팅한 PDMS 기판에 스퍼터링한 Au, Pt, Cu 박막은 Cr 접착층의 유무에 무관하게 테잎 접착력 시험 시 박리가 전혀 발생하지 않아, parylene F 층만으로도 PDMS에 대한 금속박막의 접착력 향상이 가능하였다.
Parylene F를 코팅한 PDMS 기판에 스퍼터링한 Au, Pt, Cu 박막은 Cr 접착층의 유무에 무관하게 테잎 접착력 시험 시 박리가 전혀 발생하지 않아, parylene F 층만으로도 PDMS에 대한 금속박막의 접착력 향상이 가능하였다. PDMS 신축기판과 금속박막 사이에 parylene F 중간층만 있는 시편들이 parylene F 층과 Cr 접착층을 모두 형성한 시편과 비교하여 훨씬 더 우수한 신축변형-저항 특성을 나타내었다. Au, Pt, Cu 박막 중에서는 Au 박막이 Pt 박막이나 Cu 박막보다 훨씬 우수한 신축변형-저항 특성을 나타내어 신축 전자패키지용 금속박막 배선으로 가장 적합하였다.
PDMS 기판에 금속박막 배선을 형성시 기존의 Cr 접착층을 parylene F 중간층으로 대체하는 것이 가능하였다. Parylene F를 코팅한 PDMS 기판에 스퍼터링한 Au, Pt, Cu 박막은 Cr 접착층의 유무에 무관하게 테잎 접착력 시험 시 박리가 전혀 발생하지 않아, parylene F 층만으로도 PDMS에 대한 금속박막의 접착력 향상이 가능하였다. PDMS 신축기판과 금속박막 사이에 parylene F 중간층만 있는 시편들이 parylene F 층과 Cr 접착층을 모두 형성한 시편과 비교하여 훨씬 더 우수한 신축변형-저항 특성을 나타내었다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	신축성 전자소자의 응용 예는?	최근 printed circuit board (PCB) 기판이나 유연 PCB 기판을 기반으로 기존 전자소자의 한계를 뛰어 넘어 원하는 형태로 접거나 늘릴 수 있는 신축성 전자소자들에 대한 관심이 크게 고조되고 있다. 신축성 전자소자들의 대표적인 응용예로는 신축성 태양전지 패널, 대면적 컨포멀 디스플레이, 인공 센싱피부와 더불어 스킨패치형 센서, 웨어러블 디스플레이, e-textile, 피하삽입형 전자소자, 전자눈 (electronic eyes)과 같은 웨어러블 다바이스를 들 수 있다.1-9) 신축성 전자소자 시장에서 큰 점유율을 차지할 것으로 예측되는 웨어러블 디바이스의 개발은 1960년대 MIT 미디어랩을 중심으로 이루어졌는데 초기 부착형 타입의 웨어러블 컴퓨팅에 대한 연구를 통해 소형 컴퓨터를 착용하는 형태의 제품들이 개발되었다.
	신축 전자패키지의 구성요소는?	신축 전자패키지의 구성요소로는 신축기판, 신축부품 및 신축배선을 들 수 있다. 신축기판으로는 silicone 계열의 고분자인 polydimethylsiloxane (PDMS)가 일반적으로 사용되고 있는데, PDMS는 탄성이 우수하고, 열 및 화학반응에 대한 안정성이 좋고, 인체에 무해하며 유전상수가 낮은 장점이 있다.
	신축변형에 따른 저항 증가를 억제하기 위한 방안은?	이와 같은 Island-bridge 구조의 패키지에서는 PCB나 FPCB로 이루어진 island 부위에서는 신축이 발생하지 않고 이들을 연결하는 bridge 부위에서만 신축변형이 집중되기 때문에, 신축변형에 따른 저항 증가를 억제할 수 있는 신축배선의 개발 필요성이 크게 대두되었다.11,23,24) 현재 가장 일반적으로 연구되고 있는 신축배선 중에서 금속박막 배선이 금속나노분말, carbon nanotube (CNT)를 신축성 고분자와 혼합한 복합 배선에 비해 전기저항을 훨씬 낮출 수 있는 장점이 있어 더 실용 가능한 방안으로 판단된다.4-8,11,25-30)

참고문헌 (42)

J. Y. Choi and T.S. Oh, "Contact Resistance of Flip-Chip Joints in Wearable Electronic Textiles", J. Electron. Mater., 43, 4464 (2014).

상세보기
D. Park and T. S. Oh, "Comparison of Flip-chip Bonding Characteristics on Rigid, Flexible, and Stretchable Substrates: Part I. Flip-chip Bonding on Rigid Substrates", Mater. Trans., 58(8), 1212 (2017).

상세보기
D. Park, K. S. Han and T. S. Oh, "Comparison of Flip-chip Bonding Characteristics on Rigid, Flexible, and Stretchable Substrates: Part II. Flip-chip Bonding on Compliant Substrates", Mater. Trans., 58(8), 1217 (2017).

상세보기
J. H. Ahn and J. H. Je, "Stretchable Electronics: Materials, Architectures and Integrations", J. Phys. D: Appl. Phys., 45, 102001 (2012).
D. H. Kim and J. A. Rogers, "Stretchable Electronics: Materials Strategies and Devices", Adv. Mater., 20, 4887 (2008).

상세보기
S. Yao and Y. Zhu, "Nanomaterial-enabled Stretchable Conductors: Strategies, Materials and Devices", Adv. Mater., 27, 1480 (2015).

상세보기
Y. Wang, Z. Li and J. Xiao, "Stretchable Thin Film Materials: Fabrication, Application, and Mechanics", J. Electron. Packag., 138, 020801 (2016).

상세보기
S. Wagner, S. P. Lacour, J. Jones, I. H. Pai-hui, J. C. Sturm, T. Li and Z. Suo, "Electronic Skin: Architecture and Components", Physica E: Low-dimensional Systems and Nanostructures, 25(2), 326 (2004).

상세보기
J. Y. Choi and T. S. Oh, "Contact Resistance Comparison of Flip-Chip Joints Produced with Anisotropic Conductive Adhesive and Nonconductive Adhesive for Smart Textile Applications", Mater. Trans., 56, 1711 (2015).

상세보기
E. O. Thorp, "The Invention of the First Wearable Computer", Digest of Papers, Second International Symposium on Wearable Computers, IEEE, 4 (1998).
D. Park, S. J. Shin and T. S. Oh, "Stretchable Characteristics of Thin Au Films on Polydimethylsiloxane Substrates with the Parylene Intermediate Layer for Stretchable Electronic Packaging", J. Electron. Mater., 1 (2017)
Y. Y. Hsu, C. Papakyrikos, D. Liu, X. Wang, M. Raj, B. Zhang and R. Ghaffari, "Design for Reliability of Multi-layer Stretchable Interconnects", J. Micromech. Microeng., 24(9), 095014 (2014).

상세보기
Y. Y. Hsu, M. Gonzalez, F. Bossuyt, F. Axisa, J. Vanfleteren and I.D. Wolf, "Polyimide-enhanced Stretchable Interconnects: Design, Fabrication, and Characterization", Thin Solid Films, 519, 2225 (2011).

상세보기
J. Y. Choi, D. W. Park and T. S. Oh, "Variation of Elastic Stiffness of Polydimethylsiloxane (PDMS) Stretchable Substrates for Wearable Packaging Applications", J. Microelectron. Packag. Soc., 21(4), 125 (2014).

원문보기 상세보기
H. A. Oh, D. Park, K. S. Han and T. S. Oh, "Elastic Modulus of Locally Stiffness-variant Polydimethylsiloxane Substrates for Stretchable Electronic Packaging Applications", J. Microelectron. Packag. Soc., 22(4), 91 (2015).

원문보기 상세보기
H. A. Oh, D. Park, S. J. Shin and T.S. Oh, "Deformation Behavior of Locally Stiffness-variant Stretchable Substrates Consisting of the Island Structure", J. Microelectron. Packag. Soc., 22(4), 117 (2015).

원문보기 상세보기
A. Befahy, P. Lipnik, T. Pardoen, C. Nascimento, B. Patris, P. Bertrand and S. Yunus, "Thickness and Elastic Modulus of Plasma Treated PDMS Silica-like Surface Layer", Langmuir, 26, 3372 (2010).

상세보기
I. D. Johnston, D. K. McCluskey, C. K. L. Tan and M. C. Tracey, "Mechanical Characterization of Bulk Sylgard 184 for Microfluidics and Microengineering", J. Micromech. Microeng., 24, 035017 (2014).

상세보기
Y. Qian, X. Zhang, L. Xie, D. Qi, B. K. Chandran, X. Chen and W. Huang, "Stretchable Organic Semiconductor Devices", Adv. Mater., 28, 9243 (2016).

상세보기
D. H. Kim, J. Xiao, J. Song, Y. Huang and J. A. Rogers, "Stretchable, Curvilinear Electronics Based on Inorganic Materials", Adv. Mater., 22, 2108 (2010).

상세보기
G. Shin, C. H. Yoon, M. Y. Bae, Y. C. Kim, S. K. Hong, J. A. Rogers and J. S. Ha, "Stretchable Field-effect-transistor Array of Suspended $SnO_2$ Nanowires", Small, 7(9), 1181 (2011).

상세보기
S. P. Lacour, J. Jones, S. Wagner, T. Li and Z. Suo "Stretchable Interconnects for Elastic Electronic Surfaces", Proc. IEEE 93(8), 1459 (2005).

상세보기
J. Vanfleteren, M. Gonzalez, F. Bossuyt, Y. Y. Hsu, T. Vervust, I. D. Wolf and M. Jablonski, "Printed Circuit Board Technology Inspired Stretchable Circuits", MRS Bull., 37(03), 254 (2012).

상세보기
Y. Y. Hsu, C. Papakyrikos, M. Raj, M. Dalal, P. Wei, X. Wang, G. Huppert, B. Morey and R. Ghaffari, "Archipelago Platform for Skin-mounted Wearable and Stretchable Electronics", Proc. 64th Electron. Comp. Technol. Conf., (Institute of Electrical and Electronics Engineers), 145 (2014).
A. P. Robinson, I. Minev, I. M. Graz and S. P. Lacour, "Microstructured Silicone Substrate for Printable and Stretchable Metallic Films", Langmuir, 27, 4279 (2011).

상세보기
O. Akogwu, D. Kwabi, S. Midturi, M. Eleruja, B. Babatope and W.O. Soboyejo, "Large Strain Deformation and Cracking of Nano-scale Gold Films on PDMS Substrate", Mater. Sci. Eng. B., 170, 32 (2010).

상세보기
I. M. Graz, D. P. J. Cotton and S. P. Lacour, "Extended Cyclic Uniaxial Loading of Stretchable Gold Thin-films on Elastomeric Substrates", Appl. Phys. Lett., 94, 071902 (2009).

상세보기
F. Xu and Y. Zhu, "Highly Conductive and Stretchable Silver Nanowire Conductors", Adv. Mater., 24, 5117 (2012).

상세보기
T. Sekitani, Y. Noguchi, K. Hata, T. Fukushima, T. Aida and T. Someya, "A Rubberlike Stretchable Active Matrix using Elastic Conductors", Science, 321, 1468 (2008).

상세보기
K. Y. Chun, Y. Oh, J. Rho, J. H. Ahn, Y. J. Kim, H. R. Choi and S. Baik, "Highly Conductive, Printable and Stretchable Composite Films of Carbon Nanotubes and Silver", Nature Nanotechnol, 5, 853 (2010).

상세보기
"Gold - Properties and Applications of Gold", https://www.azom.com/properties.aspx?ArticleID598
"Gold", https://en.wikipedia.org/wiki/Gold
"Properties: Platinum - Applications - AZoM", https://www.azom.com/properties.aspx?ArticleID1344
"Platinum", https://en.wikipedia.org/wiki/Platinum
"Properties: Copper - AZoM", https://www.azom.com/properties.aspx?ArticleID597
"Copper", https://en.wikipedia.org/wiki/Copper
J. Siegel, O. Lyutakov, V. Rybka, Z. Kolska and V. Svorcik, "Properties of Gold Nanostructures Sputtered on Glass", Nanoscale Res. Lett., 6, 96 (2011).

상세보기
C. Markert, D. Lutzenkirchen-Hecht and R. Frahm, "Structural and Electrical Properties of Thin D. C. Magnetron-sputtered Gold Films Deposited on Float Glass", Surf. Interface Anal., 38, 715 (2006).

상세보기
K. Mech, R. Kowalik and P. Zabinski, "Cu Thin Films Deposited by DC Magnetron Sputtering for Contact Surfaces on Electronic Components", Arch. Metall. Mater., 56, 903 (2011).
M. T. Le, Y. U. Sohn, J. W. Lim and G. S. Choi, "Effect of Sputtering Power on the Nucleation and Growth of Cu Films Deposited by Magnetron Sputtering", Mater. Trans., 51(1), 116 (2010).

상세보기
N. Chou, J. Jeong and S. Kim, "Crack-free and Reliable Lithographical Patterning Methods on PDMS Substrate", J. Micromech. Microeng., 23, 125035 (2013).

상세보기
N. Chou, S. Yoo and S. Kim, "A Largely Deformable Surface Type Neural Electrode Array Based on PDMS", IEEE Trans. Neural Syst. Rehabil. Eng., 21, 544 (2013).

상세보기

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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