Silane Coupling reaction 에 의한 전기분해를 이용하여 제조된 Cu 잉크와 폴리이미드 기판과의 접착력 향상

Abstract

Flexible printed circuit(FPC)는 구부릴 수 있기 때문에 3차원 회로구성 및 고밀도 배선이 가능하며 컴퓨터, 통신, 의료 및 항공우주장비에 널리 쓰이고 있다. 그러나 소형화 및 고기능화를 위해 초소형 FPC를 제작하면 구성 재료간의 박리가 일어나 내구성 향상이 요구되고 있다. 따라서 본 논문의 연구는 실란 커플링 에이전트에 의한 폴리이미드 필름과 구리와의 접착력 향상에 관한 연구를 하였다. Silane coupling agent는 유기폴리머와 무기필러간의 결합을 돕기 위하여 사용되며 Si 원자에 양쪽으로 서로 다른 결합기(functional group)를 가지고 있어서 서로 상이한 물질들 사이에서 결합을 이룰 수 있도록 해준다. Silane coupling agent 는 Si와 결합하고 있는 3개의 OCH3 그룹을 가진다. 이 그룹은 Cu 잉크 내에서 Cu 금속과 결합을 한다. Silane coupling agent 가 첨가된 Cu잉크는 PI-film위에 제팅이 되면서 NH2 유기그룹과 PI-film간의 결합이 이루어지면서 최종적으로 Cu와 PI-film의 접착력이 향상된다. Cu 잉크는 기존 다른 연구에서 다루었던 금속염 등의 전해질을 이용하여 제조하지 않고 전기분해법이라는 독창적인 방법으로 분산제와 환원제가 사용되지 않은 Cu complex 잉크를 제조하고 제조된 Cu complex 잉크에 잉크 대비 Silane coupling agent를 1 ~ 4 wt%를 첨가하여 잉크의 물성 파악 및 환원 후 특성평가를 실시하였다. 점도를 측정하여 잉크젯 공정에서 요구되는 범위 안에 해당되는지 확인하였고 Silane coupling agent 가 첨가된 Cu 잉크를 피에조(piezo) 방식의 싱글 노즐 잉크젯 프린터 (UJ-1000)를 이용하여 peel strength test 에서 요구되는 규격(3 x 8 cm2) 에 맞게 프린팅 하였다. peel strength test 는 접착되어 있는 두 개의 면을 박리시키면서 강도를 측정하기 때문에 접착되어 있는 면이 균일해야 한다. 균일한 표면을 형성하기 위해서 DPI (dot per inch) 를 조절해가며 프린팅 하였다. Polyimide film 과 같은 Flexible 기판에 적용시킬 수 있는지 확인하기 위하여 Silane coupling agent 가 첨가된 Cu 잉크의 열분해 거동을 확인하고 가용온도 영역에서 관상로를 이용하여 비활성 가스인 아르곤(Ar) 가스와 환원가스인 수소 (H2) 가스 분위기에서 환원 후 XRD를 이용하여 상분석하였다. 환원된 샘플은 SEM을 통하여 미세구조를 확인하였고 전기적 특성을 확인하기 위하여 4-point-probe 로 면저항을 측정하였고 접착강도를 확인하기 위하여 마이크로 재료시험기 (Instron 5848)를 이용하여 Polyimide 기판과 프린팅 된 Cu 와의 접착력을 측정하였다.