[논문]전송선로에 적용한 Low-k 고분자 복합 잉크 개발

남현진; 정재웅; 서덕진; 김지수; 유종인; 박세훈

doi:10.6117/kmeps.2022.29.2.099

전송선로에 적용한 Low-k 고분자 복합 잉크 개발
Low-k Polymer Composite Ink Applied to Transmission Line 원문보기

마이크로전자 및 패키징 학회지 = Journal of the Microelectronics and Packaging Society, v.29 no.2, 2022년, pp.99 - 105

남현진 (한국전자기술연구원 ICT디바이스패키징연구센터) , 정재웅 (한국전자기술연구원 ICT디바이스패키징연구센터) , 서덕진 (한국전자기술연구원 ICT디바이스패키징연구센터) , 김지수 (한국전자기술연구원 ICT디바이스패키징연구센터) , 유종인 (한국전자기술연구원 ICT디바이스패키징연구센터) , 박세훈 (한국전자기술연구원 ICT디바이스패키징연구센터)

초록
AI-Helper

칩사이즈가 작아짐에 따라 선폭 또한 미세화되면서 인터커넥션의 밀집정도가 증가하고 있다. 그로 인해 캐패시터 층과 전기전도층의 저항 차이로 인해 RC delay가 문제되고 있다. 이를 해결하기 위해서는 높은 전기전도도의 전극과 낮은 유전율의 유전체 개발이 요구된다. 본 연구에서는 PCB (Print Circuit Board)의 회로를 외부요인으로부터 보호하는 상용 PSR (photo solder resist)과 우수한 내열 및 저유전 특성을 보유한 PI (polyimide)를 혼합하여 저유전체 잉크 개발을 진행하였다. 그 결과 PSR과 PI를 10:3으로 혼합한 잉크가 가장 우수한 결과를 보였으며 20 GHz와 28 GHz에서 각각 유전 상수 약 2.6, 2.37을 보였고, 유전손실은 약 0.022, 0.016으로 측정되었다. 차후 어플리케이션 적용 가능성 검증을 위해 테프론에 제작된 다양한 선폭의 전송선로에 평가하였으며 그 결과, PSR만 사용했을 때보다 PI와 혼합한 저유전체 잉크를 사용한 전송선로의 손실이 S21에서 평균 0.12 dB 덜 감소한 결과를 보였다.

Abstract ▼ AI-Helper

As the chip size gets smaller, the width of the electrode line is also fine, and the density of interconnections is increasing. As a result, RC delay is becoming a problem due to the difference in resistance between the capacitor layer and the electrical conductivity layer. To solve this problem, the development of electrodes with high electrical conductivity and dielectric materials with low dielectric constant is required. In this study, we developed low dielectric ink by mixing commercial PSR which protect PCB's circuits from external factors and PI with excellent thermal property and low-k characteristics. As a result, the ink mixture of PSR and PI 10:3 showed the best results, with a dielectric constant of about 2.6 and 2.37 at 20 GHz and 28 GHz, respectively, and dielectric dissipation was measured at about 0.022 and 0.016. In order to verify the applicability of future applications, various line-width transmission lines produced on Teflon were evaluated, and as a result, the loss of transmission lines using low dielectric ink mixed with PI was 0.12 dB less on average in S21 than when only PSR was used.

주제어

표/그림 (8)

표 Table 1. Mixing ratio of PSR/PI hybrid ink.
표 Table 2. Value of dielectric constant and dielectric dissipation (20 GHz and 28 GHz).
그림 Fig. 1. FTIR measurement results of low-k hybrid polymer ink. (a) all materials, (b) non-cured and cured of P1 ink, (c) non-cured and cured of P4 ink, (d) cured P1 and P4 ink, (e) PI and P4 ink.
그림 Fig. 2. Image of (a) Vector network analyzer, Transmission lines encapacitated with (b) P1 ink and (c) P4 ink, (d) samples for calibration.
그림 Fig. 3. Calibration results of VNA. (a) S11, (b) S21.
표 Table 3. VNA measurement value by line width of transmission line according to encapsulation materials.
그림 Fig. 4. Transmission line encapsulated of P1 ink (a) image, (b) S11 measurement results and P4 ink (c) image, (d) S11 measurement results.
그림 Fig. 5. Transmission line encapsulated of P1 ink (a) image, (b) S21 measurement results and P4 ink (c) image, (d) S21 measurement results.

참고문헌 (28)

M. Zhang, P. Xu, H. Peng, F. Qin, "A Rational Design of Core-Shell-Satellite Structured BaTiO 3 Fillers for Epoxy-Based Composites with Enhanced Microwave Dielectric Constant and Low Loss", Compos. B. Eng., 215, 108764 (2021).
W. Zhao, X. Cao, J. Huang, J. Wen, Y. He, J. Zha, R. K. Y. Li, W. Wu, "Construction of Micro-Branched Crosslink Fluorinated Polyimide with Ultra-Low Dielectric Permittivity and Enhanced Mechanical Properties", Express Polym. Lett., 16(2), 142-151 (2022).
C. C. Chiu, C. C. Lee, T. L. Chou, C. C. Hsia, K. N. Chiang, "Analysis of Cu/Low-k Structure under Back End of Line Process", Microelectron. Eng., 85(10), 2150-2154 (2008).

상세보기
L. Broussous, W. Puyrenier, D. Rebiscoul, V. Rouessac, A. Ayral, "Porosity and Structure Evolution of a SiOCH Low k Material During Post-Etch Cleaning Process", Microelectron. Eng., 84(11), 2600-2605 (2007).

상세보기
L. L. Chapelon, E. Petitprez, P. Brun, A. Farcy, J. Torres, "Evaluation of a PECVD Advanced Barrier (k 3.7) for 32 nm CMOS Technology and Below", Microelectron. Eng., 84(11), 2624-2628 (2007).

상세보기
M. B. Yu, J. Ning, S. Balakumar, V. N. Bliznetsov, G. Q. Lo, N. Balasubramanian, D. L. Kwong, "A Method of Fabricating Metal-Insulator-Metal (MIM) Capacitor in Cu/low-k Backend Interconnection Process for RF Application", Thin Solid Films, 504(1-2), 257-260 (2006).
T. S. Chang, T. C. Chang, P. T. Liu, C. Y. Chiang, S. C. Chen, F. S. Yeh, "Application of the Low Dielectric Methyl-Silses-quiazane (MSZ) as a Passivation Layer on TFT-LCD", Thin Solid Films, 515(3), 1117-1120 (2006).

상세보기
C. Charles-Alfred, V. Jousseaume, "a-SiC:H Low-k Deposition as Copper Diffusion Barrier Layer in Advanced Microelectronic Interconnections", Surf. Coat., 201(22-23), 9260-9263 (2007).
G. Maier, "Low Dielectric Constant Polymers for Microelectronics", Prog. Polym. Sci., 26(1), 3-65 (2001).

상세보기
R. K. Hallani, M. Moser, H. Bristow, M. V. C. Jenart, H. Faber, M. Neophytou, E. Yarali, A. F. Paterson, T. D. Anthopoulos, L. McCulloch, "Low-Temperature Cross-Linking Benzocyclobutene Based Polymer Dielectric for Organic Thin Film Transistors on Plastic Substrates", J. Org. Chem., 85(1), 277-283 (2020).

상세보기
M. Hollerer, D. Luftner, P. Hurdax, T. Ules, S. Soubatch, F. S. Tautz, G. Koller, P. Puschnig, M. Sterrer, M. G. Ramsey, "Charge Transfer and Orbital Level Alignment at Inorganic/Organic Interfaces: The Role of Dielectric Interlayers", ACS Nano, 11(6), 6252-6260 (2017).

상세보기
A. Liu, G. Liu, H. Zhu, B. Shin, E. Fortunato, R. Martins, F. Shan, "Eco-Friendly Water Induced-Aluminum Oxide Dielectrics and Their Application in a Hybrid Metal Oxide/Polymer TFT", RSC Advances, 5(105), 86606-86613 (2015).

상세보기
P. Xue, J. Feng, C. Xie, L. Wang, A. Tudi, E. V. Tikhonov, K. T. Butler, "Revealing the Crystal Structures and Relative Dielectric Constants of Fluorinated Silicon Oxides", J. Mater. Chem. C, 9(44), 15983-15989 (2021).

상세보기
J. Comeaux, W. Wirth, J. Courville, N. W. Baek, D. Jung, S. Jang, "Etching Characteristics of Low-k SiCOH Thin Films under Fluorocarbon-Based Plasmas", Vacuum, 202, 111165 (2022).

상세보기
Z. Wang, B. Jiang, Y. Zhang, X. Li, Y. Wang, Y. Shang, H. Zhang, "Influence of Crosslink Density on Thermal, Mechanical and Dielectric Properties of Cross-Linked Fluorinated Poly(Aryl Ether)s", Eur. Polym. J., 172, 111244 (2022).

상세보기
S. Kumar, H. Arumugham, D. Roy, D. Kannaliyan, "Synthesis and Characterization of Fluorine Functionalized Graphene Oxide Dispersed Quinoline-Based Polyimide Composites Having Low-k and UV Shielding Properties", Polym. Adv. Technol., 33(1), 472-439 (2022).
M. Shefali, K. Fatima, U. Sathyakam, "Performance Analysis of CNT Bundle Interconnects in Various Low-k Dielectric Media", ECS J. Solid State Sci. Technol., (2022).
M. Brownell, A. K. Nair, "Deformation mechanisms of polytetrafluoroethylene at the nano- and microscales", Phys. Chem. Chem. Phys., 21(1), 490-503(2019).

상세보기
F. Iervolino, R. Suriano, M. Scolari, I. Gelmi, L. Castoldi, M. Levi, "Inkjet Printing of a Benzocyclobutene-Based Polymer as a Low-k Material for Electronic Applications", ACS Omega, 6(24), 15892-15902 (2021).

상세보기
J. Li, Z. Zhang, T. Zhu, Z. Li, J. Wang, Y. Cheng, "Multi-benzocyclobutene Functionalized Siloxane Monomers Prepared by Piers-Rubinsztajn Reaction for Low-k Materials", Eur. Polym. J., 126, 109562 (2020).

상세보기
R. K. S Levchenko, K. A. Chudov, D. Y. Demin, G. E. Adamov, N. O. Poroshin, P. S. Shmelin, E. P. Grebennikov, S. N. Chvalun, V. P. Zubov, "Synthesis of Photo and Thermosetting Monomers and Polymers Based on Benzocyclobutene", 68(7), 1321-1342 (2019).

상세보기
K. K. Banger, Y. Yamashita, K. Mori, R. L. Peterson, T. Leed-ham, J. Rickard and H. Sirringhaus, "Low-Temperature, High Performance Solution Processed Metal Oxide Thin-Film Transistors Formed by a 'Sol-Gel on Chip' Process", Nature Mater., 10(1), 45-50 (2011).

상세보기
A. Liu, H. Zhu, H. Sun, Y. Xu and Y.-Y. Noh, "Solution Processed Metal Oxide High-k Dielectrics for Emerging Transistors and Circuits", Adv. Mater., 30(33), 1706364(1)-1706364 (39) (2018).
B. Nketia.-Yawson, Y.-Y. Noh, "Recent Progress on High-Capacitance Polymer Gate Dielectrics for Flexible Low- Voltage Transistors, Adv. Mater., 28(42), 1802201(1)-1802201 (27) (2018).
A. Azizi, M. R. Gadinski, Q. Li, M. A. AlSaud, J. Wang, Y. Wang, B. Wang, F. Liu, L. Q. Chen, N. Alem and Q. Wang, "High-Performance Polymers Sandwiched with Chemical Vapor Deposited Hexagonal Boron Nitrides as Scalable High-Temperature Dielectric Materials", Adv. Mater., 29(35), 1701864(1)-1701864(7) (2017).
Y. Zhou and Q. Wang, "Advanced Polymer Dielectrics for High Temperature Capacitive Energy Storage", J. Appl. Phys., 127(24), 240902(1)-240902(18) (2020).

상세보기
W. Wu, "Inorganic Nanomaterials for Printed Electronics: A Review", Nanoscale, 9(22), 7342-7372 (2017).

상세보기
A. Alshabo, D. Stirling, M. Ros, P. J. Vial, B. Wysocki, T. Wysocki, "An Approach to Ultra-Wideband Channel Calibration using a Vector Network Analyser", Aust. J. Electr. Electron., 11(4), 347-356 (2014).

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].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증