Development of Low-k Adhesive Material for High-Frequency Electronic Devices through Thiol-Ene Click Reaction :

주지원

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자료유형: 학위논문

저자정보: 주지원 (숙명여자대학교, 숙명여자대학교 대학원)

지도교수: 임호선

발행연도: 2023

저작권: 숙명여자대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

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이 논문의 연구 히스토리 (3)

2023

Development of Low-k Adhesive Material for High-Frequency Electronic Devices through Thiol-Ene Click Reaction

주지원 화공생명공학과 2023.01 학위논문

2022

Low Dielectric Adhesive for High-Frequency Electronic Devices

주지원 , 임호선 한국고분자학회 학술대회 연구논문 초록집 2022.10 학술대회자료

Development of Low Dielectric Adhesives using Click-Reaction for Advanced Electronic Devices

주지원 , 신주영 , 최보윤 외 2명 한국고분자학회 학술대회 연구논문 초록집 2022.04 학술대회자료

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5G 통신 기반의 고속 송수신 시스템의 지속적인 성장에 따라 고주파 전자기기의 저 유전 물질 개발에 대한 필요성이 대두되고 있다. 5G 통신 시스템은 4G 통신 보다 짧은 파장을 사용하기 때문에 전파가 이동하면서 물질에 대한 흡수율이 높아 전송 손실을 야기할 수 있는 문제가 있다. 이런 이유로 인해 5G 이동 통신용 FCCL과 같은 전자 부품은 전송 손실을 줄이기 위해 낮은 유전 특성을 가져야 한다. 따라서, 동박과 저 유전 고분자 시트 사이의 높은 접착력을 유지하면서 낮은 유전율을 가지는 접착 소재에 대한 개발이 필수적이다. 본 연구에서는 비스말레이미드와 다 관능 티올을 이용하여 티올-엔 클릭 반응을 통해 5G 통신용 첨단 전자 소자에 적용할 수 있는 저 유전 접착 소재를 합성하였다. 티올 그룹의 비율을 조절하여 티올 그룹의 증가에 따른 접착력 및 유전율의 변화를 관찰하며 접착제의 조성을 최적화했고, 10 GHz에서 유전 상수(ε''
) 2.6을 가지고 접착력 1.0 N/mm 이상을 보이는 저 유전 접착 소재를 개발하는 데에 성공했다.

또한, 공정 단계를 줄이기 위해 구리 이온으로 클릭 반응을 통해 중합되는 티올-엔 접착층 고분자를 in-situ로 동박에서 용출되는 구리 이온을 이용하여 전기 증착을 진행했다. 포텐시오스탯을 통해 동박의 산화-환원 반응에 따른 표면의 전압-전류 변화를 관찰하여 전기 증착의 조건을 확립했으며, 공정의 간편화를 위해 파워서플라이를 이용하여 두 단계의 전기 증착 실험 공정을 확립했다. 키토산과 구리 이온의 킬레이션을 이용하여 키토산 전처리 과정을 통해 동박의 표면에 용출된 구리 이온을 홀딩 시켰고 그 후 티올-엔 클릭 반응을 유도하여 동박의 표면에 티올-엔 접착층을 형성시켰다. CV 그래프를 통해 동박의 산화-환원 전위를 확인하며 스캔 속도, 전압 범위 등을 조절했으며, XPS 분석 및 접착력 테스트를 통해 전기 증착된 티올-엔 접착층의 결합 성분을 확인하며 동박의 표면에 접착층이 증착된 것을 증명했다. 본 연구를 통해 개발된 저 유전 접착 소재는 반도체, 자율주행차, 휴대폰, AI, 로봇 등 5G/5G+ 통신 용 전자기기의 핵심 소재인 FCCL에 활발하게 사용될 수 있을 것으로 기대한다.

With the continuous growth of high-speed transmission/reception systems based on 5G communication, the need for the development of low-dielectric materials for high-frequency electronic devices is emerging. Since the 5G communication system uses a shorter wavelength band than the 4G communication, there is a problem in that the absorption rate of the material is high while the radio waves move, which may cause transmission loss. For this reason, electronic components such as FCCL for 5G mobile communication should have low dielectric properties to reduce transmission loss. Therefore, it is essential to develop an adhesive material having a low dielectric constant while maintaining high adhesion between the copper foil and the low-dielectric polymer sheet. In this study, using bismaleimide and poly-functional thiol, a low dielectric adhesive material that can be applied to advanced electronic devices for 5G communication was synthesized through a thiol-ene click reaction. By controlling the ratio of thiol groups, the composition of the adhesive was optimized by observing the change in adhesive strength and dielectric constant according to the increase in thiol groups. A thiol-ene low dielectric adhesive material with a dielectric constant () of 2.6 at 10 GHz and the peel strength of 1.0 N/mm was developed.

In addition, to reduce the process step, a thiol-ene adhesive polymerized through a click reaction was electro-deposited using copper ions eluted from copper foil in situ. Electrodeposition conditions were established by observing the voltage-current changes on the surface according to the oxidation-reduction reaction of copper foil through a potentiostat, and a two-step electro-deposition experiment process was established using a power supply to simplify the process. The copper ions eluted on the surface of the copper foil through the chitosan pretreatment process using chelation of chitosan and copper ions were held. Then a thiol-ene click reaction was induced to form a thiol-ene adhesive layer on the surface of the copper foil. Through the CV graph, the oxidation-reduction potential of the copper foil was checked and the scan speed and voltage range were adjusted. The bonding component of the electro-deposited thiol-ene adhesive layer was confirmed through XPS analysis, and the adhesive layer was deposited on the surface of the copper foil. The low dielectric adhesive material developed through this study is expected to be widely used in FCCL, a core material for electronic devices for 5G/5G+ communication, such as semiconductors, autonomous vehicles, mobile phones, AI, and robots.

I. INTRODUCTION = 1
1. General introduction = 1
1.1 Development of commnication technology = 1
1.2 Need for the development of a low dielectric adhesive = 2
1.2.1 Limitation of epoxy-based adhesive for 5G FCCL = 2
1.2.2 Necessity of the development of a low dielectric adhesive = 3
2. Research objectives = 5
II. MATERIALS AND METHODS = 8
1. Material = 8
2. Experimental methods = 8
2.1 Synthesis of thiol-ene adhesive = 8
2.2 Electrodeposition of thiol-ene adhesive = 9
2.2.1 Electrodeposition using a potentiostat = 9
2.2.2 Electrodeposition using a power supply = 9
2.3 Sample preparation = 14
2.3.1 Dielectric property measurement = 14
2.3.2 Adhesion property measurement = 14
3. Instruments = 15
3.1 Fourier Transform Infrared spectroscopy (FT-IR) = 15
3.2 Nuclear Magnetic Resonance (NMR) = 15
3.3 Gel Permeation Chromatography (GPC) = 15
3.4 Differential Scanning Calorimetry (DSC) = 15
3.5 Thermogravimetric Analysis (TGA) = 16
3.6 Field Emission Scanning Electron Microscope (FE-SEM) = 16
3.7 Dielectric property analysis = 16
3.8 90 Degree Peel Test = 16
3.9 Electrodeposition Test = 17
3.10 X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS) = 17
3.11 Vector Network Analyzer (VNA) = 17
III. RESULTS AND DISCUSSION = 18
1. Characterizations of thiol-ene adhesive = 18
1.1 FT-IR characterization = 18
1.2 NMR characterization = 18
1.3 GPC analysis = 21
1.4 TGA analysis = 21
1.5 DSC analysis = 22
1.6 SEM analysis = 23
2. Adhesion and electrical properties of thiol-ene adhesive = 29
2.1 Adhesion properties = 29
2.2 Dielectric properties = 33
2.3 Transmission loss = 37
3. Characterizations of electrodeposited thiol-ene adhesive = 41
3.1 CV analysis = 41
3.2 XPS analysis = 46
3.3 Adhesion property = 49
IV. CONCLUSION = 51
V. REFERENCE = 52

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