폴리이미드 필름과 무전해 구리도금막간의 접합력 향상에 관한 연구 :Study on enhancement of adhesion strength between polyimide film and electroless-deposited copper layer

이장훈

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자료유형: 학위논문

저자정보: 이장훈 (고려대학교, 高麗大學校大學院)

지도교수: 李俊昊

발행연도: 2014

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이 논문의 연구 히스토리 (2)

2014

폴리이미드 필름과 무전해 구리도금막간의 접합력 향상에 관한 연구

이장훈 新素材工學科 2014.01 학위논문

2013

인가 전류가 구리 도금 피막과 폴리이미드 필름의 접합력에 미치는 영향

이장훈 , 한윤성 , 이호년 외 2명 한국표면공학회지 2013.02 학술저널

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폴리이미드 필름 위에 무전해 도금 후 전해도금을 수행한 시편에 상온 대기중 시효처리 시간에 따른 접합력의 영향에 관하여 연구하였다. 폴리이미드 필름 위에 100nm 두께의 무전해 구리도금을 수행 후 전해 구리도금을 10μm을 수행하였다. 시효처리는 0-10일 동안 상온대기, 실온에서 발생시켰으며 무전해 구리도금 후 전해 구리도금까지 수행한 시편에 대하여 시효처리를 진행하였다. 4-6시간 시효 처리한 시편에서 구리와 폴리이미드의 접합력이 급격하게 증가하며 1일 이후에는 포화되었다. 시효 처리에 의한 peel test시 파괴모드는 4시간까지 시효 처리한 시편에서는 계면파괴로 발생하는 반면, 시효처리 6시간 이후부터는 응집파괴로 나타났다. 물리적 특성 분석으로 XRD(X-ray Diffraction), XRR(X-ray Reflectometry), FIB-SEM(Focused Ion Beam ? Scanning Electron Microscopy), AFM(Atomic Force Microscope)을 이용하여 결정립의 크기, 결정방위비, 잔류응력을 분석하였다. 시효처리 효과에 의해 상온에서 재결정이 발생하게 되고 이로 인하여 결정립의 크기가 증가하게 되므로 결정립 크기의 증가는 결국 응력을 완화시켜 접합력이 증가한 것으로 판단된다. 계면에서 KOH 처리에 의한 요철이 관찰되었으나 AFM 분석결과 시효효과에 의한 계면거칠기 및 표면적의 변화는 없었다. XPS(X-ray Photoelectron Spectroscopy), TOF-SIMS(Time-of-Flight Secondary Ion Mass Spectrometry), TEM(Transmission Electron Microscope) 분석결과 시효효과에 의해 구리가 폴리이미드로 확산을 하였으며 무전해 구리도금막과 폴리이미드 사이의 계면에서 Mixed area를 확인하였다. Cu의 확산으로 인하여 시효 초기에 접합력이 시간에 따라 급격하게 증가한 것으로 판단된다. 시효 효과에 의해 구리가 확산되어 폴리이미드와 화학결합이 발생하여 C*(C-O-Cu), N*(N=C)의 화학결합의 밀도가 증가하였으며, 화학결합에 의한 접합력의 증가가 확인 되었다. Cu 원자의 확산 및 새로 형성되는 화학결합의 형성이 어려워져 추가적인 구리의 확산이 억제되어 접합력이 1일 이후에는 포화된 것으로 판단된다.

The aging effect in the atmosphere at room temperature on adhesion strength was studied on the samples that were prepared by sequential copper deposition on polyimide films. The copper thin layer with a thickness of 100nm was deposited on the polyimide film, and then electro copper plating was applied for the additional copper deposition(10μm). Aging was performed at room temperature for 0 to 10 days in the atmosphere. The significant improvement in adhesion strength was observed on the range of 4 to 6 hours and then the adhesion strength was saturated after 24 hours. In terms of failure mode, from the sample that fulfilled aging up to 4 hours and the peel test carried out to confirm failure mode. The interfacial failure occurred from the samples fulfilled aging up to 4 hours, whereas the cohesive failure was presented from the samples aged over 6 hours. To analyze the physical properties, XRD(X-ray Diffraction), XRR(X-ray Reflectometry), FIB-SEM(Focused Ion Beam ? Scanning Electron Microscopy) and AFM(Atomic Force Microscope) were utilized. According to the measurement results of grain boundary, residual stress and crystal orientation, re-crystallization was occurred due to the aging effect at room temperature, resulting in an increase of the grain size. Therefore, it can be noted that the adhesion strength was improved since the increased grain size oppressed the stress. The uneven interface was produced by KOH treatment. However, according to the AFM results, there was no variation of surface roughness or surface area caused by aging effect. The mixed area was observed in the interface between the electroless copper film and the polyimide by the analysis of XPS(X-ray Photoelectron Spectroscopy), TOF-SIMS(Time-of-Flight Secondary Ion Mass Spectrometry), and TEM(Transmission Electron Microscope). It means that the copper was diffused into the polyimide. It was speculated that owing to the diffusion the initial adhesion strength was increased rapidly. In addition, it was confirmed that the electroless deposited copper chemically bind with polyimide, and the density of chemical bonding of N=C was increased by C-O-Cu complex. Moreover, the adhesion strength was enhanced due to chemical bonding. Since additional diffusion or new formation of chemical bonding of Cu with polyimide was suppressed, it was supposed that the adhesion strength was saturated after 24 hours.

#폴리이미드 필름 #무전해 구리도금 #접합력

1. 서론-------------------------------------------1
2. 이론적 배경---------------------------------------3
2.1 폴리이미드의 특성---------------------------------3
2.2 구리의 특성-------------------------------------7
2.3 폴리이미드상의 무전해 동도금--------------------------9
2.4 전해 동도금------------------------------------14
2.5 접합이론--------------------------------------18
2.5.1 기계적 접합---------------------------------18
2.5.2 정전기 이론----------------------------------20
2.5.3 약한 계면층----------------------------------21
2.5.4 흡착 이론-----------------------------------21
2.5.5 확산 이론-----------------------------------22
2.5.6 화학결합-----------------------------------23
3. 실험방법-------------------------------------24
3.1 시편제작 및 준비----------------------------24
3.2 접합력 평가-------------------------------25
3.3 물리적 특성-----------------------------30
3.3.1 결정구조 분석------------------------------30
3.3.2 잔류응력 분석-----------------------------31
3.3.3 계면형상 관찰---------------------------------33
3.4 구리의 계면 확산-------------------------------34
4. 결과 및 고찰-------------------------------------35
4.1 시효 효과에 의한 접합력 변화--------------------------35
4.2 시효효과에 의한 박리현상 변화-------------------------39
4.3 구리 도금막의 물리적 특성 변화-------------------------43
4.4 무전해 구리와 폴리이미드 필름 사이의 확산------------------53
4.5 시효효과에 의한 화학결합의 변화------------------------60
5. 결론------------------------------------------68
6. 참고문헌----------------------------------------70

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