[논문]플렉서블 기판의 레이저 투과 용접 및 기계적 특성 평가

고명준; 손민정; 김민수; 나지후; 주병권; 박영배; 이태익

doi:10.6117/kmeps.2022.29.2.113

플렉서블 기판의 레이저 투과 용접 및 기계적 특성 평가
Laser Transmission Welding of Flexible Substrates and Evaluation of the Mechanical Properties 원문보기

마이크로전자 및 패키징 학회지 = Journal of the Microelectronics and Packaging Society, v.29 no.2, 2022년, pp.113 - 119

고명준 (한국생산기술연구원 접합적층연구부문 마이크로조이닝센터) , 손민정 (한국생산기술연구원 접합적층연구부문 마이크로조이닝센터) , 김민수 (한국생산기술연구원 접합적층연구부문 마이크로조이닝센터) , 나지후 (한국생산기술연구원 접합적층연구부문 마이크로조이닝센터) , 주병권 (고려대학교 전기전자공학부 디스플레이 및 나노시스템 연구실) , 박영배 (안동대학교 신소재공학부 청정에너지소재기술연구센터) , 이태익 (한국생산기술연구원 접합적층연구부문 마이크로조이닝센터)

초록
AI-Helper

플렉서블, 웨어러블 디바이스 등을 포함한 차세대 전자 기기의 기계적 신뢰성 향상을 위하여 다양한 유연 접합부에서 높은 수준의 기계적 신뢰성이 요구되고 있다. 기존 고분자 기판 접합을 위한 에폭시 등의 유기 접착소재는 접합부 두께 증가가 필연적이며, 반복 변형, 고온 경화에 의한 열기계적 파손 문제를 수반한다. 따라서 유연 접합을 위해서 접합부 두께를 최소화하고 열 손상을 방지하기 위한 저온 접합 공정 개발이 요구된다. 본 연구에서는 플렉서블 기판의 유연, 강건, 저 열 손상 접합이 가능한 플렉서블 레이저 투과 용접(flexible laser transmission welding, f-LTW)를 개발하였다. 유연 기판 위 탄소나노튜브(carbon nanotube, CNT)를 박막 코팅하여 접합부 두께를 줄였으며, CNT 분산 빔 레이저 가열을 통한 고분자 기판 표면의 국부적 용융 접합 공정이 개발되었다. 짧은 접합 공정 시간과 기판의 열 손상을 최소화하는 레이저 공정 조건을 구축하였으며 고분자 기판과 CNT 접합 형성 메커니즘을 분석하였다. 또한 접합부의 강건성 및 유연성 평가를 위해 인장강도 시험, 박리 시험과 반복 굽힘 시험을 진행하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

In order to improve the mechanical reliability of next-generation electronic devices including flexible, wearable devices, a high level of mechanical reliability is required at various flexible joints. Organic adhesive materials such as epoxy for bonding existing polymer substrates inevitably have an increase in the thickness of the joint and involve problems of thermodynamic damage due to repeated deformation and high temperature hardening. Therefore, it is required to develop a low-temperature bonding process to minimize the thickness of the joint and prevent thermal damage for flexible bonding. This study developed flexible laser transmission welding (f-LTW) that allows bonding of flexible substrates with flexibility, robustness, and low thermal damage. Carbon nanotube (CNT) is thin-film coated on a flexible substrate to reduce the thickness of the joint, and a local melt bonding process on the surface of a polymer substrate by heating a CNT dispersion beam laser has been developed. The laser process conditions were constructed to minimize the thermal damage of the substrate and the mechanism of forming a CNT junction with the polymer substrate. In addition, lap shear adhesion test, peel test, and repeated bending experiment were conducted to evaluate the strength and flexibility of the flexible bonding joint.

주제어

표/그림 (12)

그림 Fig. 1. Preparation of the flexible bonding sample assembly (a) Spray coating of CNT as an adhesion layer, (b) layered glass slides for flat embedding PET/CNT/PET specimen, (c) vacuum packing technique of specimen for pressure distribution, (d) image of the bonding sample assembly before the flexible laser transmission welding (f-LTW).
그림 Fig. 2. Experimental configuration of the laser bonding system for flexible substrates (a) Image of experimental set up of the laser irradiation process, (b) illustration of spread laser beam for uniform laser irradiation on the flexible bonding joint.
그림 Fig. 3. (a) PET/CNT/PET substrate (lap shear test), (b) PET/ CNT/PET substrate (peel test), (c) PET/CNT bi-layer specimen for cyclic bending test.
그림 Fig. 4. (a) Lap shear testing set up for evaluating adhesion strength, (b) dimensions of adhesion strength test specimen.
그림 Fig. 5. (a) Schematic of 90 peel test configuration, (b) dimension illustration of PET/CNT/PET.
그림 Fig. 6. (a) Cyclic bending experimental set up for CNT electrode patterned specimen, (b) dimensions of repeated bending specimen.
표 Table 1. Flexible substrate bonding samples and bonding conditions for different testing methods of mechanical properties.
그림 Fig. 8. Mechanism of flexible laser transmission welding (f-LTW) of flexible substrates (a) Schematic of laser irradiation technique on CNT-flexible substrate, (b) heating effect due to laser energy absorption of CNT adhesion layer, (c) configuration of flexible PET/CNT/PET substrates.
그림 Fig. 7. (a) Optical image of PET/CNT/PET bonding specimen, (b) cross-sectional optical microscope image from CNT bonding.
그림 Fig. 9. (a) Optical image of PET/CNT bi-layer specimen, (b) surface SEM image for the PET/CNT electrode bonding.
$Fig. 10. (a) Adhesion strength of lap shear test, (b) bonding strengthextension for peel test of PET/CNT/PET substrate, (c) SEM image of the bonding joint after peeling test; fracture of the PET/CNT/PET interlocking joint.$ 그림 Fig. 10. (a) Adhesion strength of lap shear test, (b) bonding strengthextension for peel test of PET/CNT/PET substrate, (c) SEM image of the bonding joint after peeling test; fracture of the PET/CNT/PET interlocking joint.
그림 Fig. 11. (a) Constant electrical resistance of CNT electrode bonded on PET by f-LTW method under cyclic bending test with the bending radius of 5 mm, (b) demonstration of LED light performance using CNT electrode.

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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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