Polyimide Chemistry

 

Thermoplastic : 통상의 Polyamic Acid-Polyimide를 화합하려면 Pyromellitic Dianhydride (PMDA)와 같은 Dianhydride와 P-Phenylenediamine(P-PDA)과 같은 Aromatic Diamine을 화학반응 시켜야 합니다. 그 화학반응의 결과가 바로 용해가능한 Polyamic Acid로 화학 공식은 상기그림에 나타냈습니다. Polyamic Acid를 용해시킬 수 있는 Solvent는 많은 종류가 있으나  N-Methyl Pyrrolidinone(NMP)이 가장 많이 사용됩니다. 그 이유로는 NMP가 그 중 인체에 미치는 해가  적기때문입니다. Polyamic Acid에서 Polyimide로의 전환은 일반적으로 열을 가해서 이루어지며  이 전환 과정에서 나오는 부산물은 주로 수분(H2O)입니다. 용도에 따라 필요한 Polyimide의 특성을 고루 갖추기 위해서는 여러 종류의 Dianhydride와 Diamine을 배합해 Polyamic Acid를 만들어야 합니다.

 

 

Comparison of Thermoset Polyimide (Oligomer Approach) and Conventional Thermoplastic Polyimide

 

Thermosetting : Thermoplastic Polyimide가 Polyamic Acid를 전환시켜 제조되는 반면, Thermosetting Polyimide는 경화, 즉 Cross Link가 가능한 Organic Functional Group을 사용해 Chain이 형성됩니다. Thermosetting Polyimide도 Thermoplastic Polyimide와 같이, Aromatic Diamine과 Aromatic Dianhydride를 화학 반응시켜 제조됩니다. 큰 차이점은 Thermoplastic Polyimide의 경우는 분자가 길고 중량이 높은 수지로 시작되나, Thermosetting Polyimide는 미리 Imidize가 되어(Pre-Imidized라고도 함) 분자가 짧고 중량이 낮은 수지가 원자재라는 점입니다. 이 분자 중량이 낮은 수지들은 Chain 양 끝에 경화, 즉 Cross Link가 가능한 Organic Group을 포함하고 있습니다. 그러므로 Thermosetting Polyimide의 경우, Thermoplastic Polyimide와는 달리, 수분이 화학반응 부산물로 배출되지 않습니다. 이러한 Polyimide Chemistry를 일컬어 Reactive Oligomer 방식이라 하며 그 구조식의 비교는 상기그림에 나타냈습니다.

 

 

열팽창 계수(CTE) 비교

 

특성
□ Ionic순도 : Epoxy와는 달리 Polyimide의 원자재는 Chloride라는 성분을 포함하고 있지 않습니다. 그러므로 Polyimide 자체의 Chloride Ion 농도는 낮으며 그 간접적인 증거는 Pressure Cooker Test(PCT)시의 양호한 결과입니다.

□ 고온 안정성 : Polyimide의 Tg는 보통 240℃ 이상으로 Epoxy와 비교해 매우 높은 편이므로 300℃ 이상에서 뛰어난 안정성과 양호한 고온 접착 강도를 보여주고 있습니다.

□ Solvent 함유 : 모든 Polyimide 계열의 접착제는 Solvent를 함유하고 있기 때문에 경화과정중에 Void가 형성될 가능성이 높습니다. 특히 Die Size가 큰 경우는 Void가 생길 가능성이 높으며 그 이유는 Solvent가 얇은 Bondline을 통해 상당한 거리를 빠져나와야 하기 때문입니다. 그러나 Solvent가 함유된 Formulation은 100% Solid Epoxy에 비교해 Resin Bleed가 매우 적다는 장점을 갖고 있습니다.

□ 고온 전환경화 : 일반적으로 Thermoplastic Polyimide는 두 단계로 Polyamic Acid의 전환이 이루어지고 있습니다. 첫 단계는 Solvent를 증발시키고, 둘째 단계는 Polyamic Acid를 Imidize, 즉 전환시킵니다. Thermoplastic Polyimide는 최소한 230℃에서 전환이 가능하며 Thermoplastic Polyimide 즉 Pre-Imidized된 System들은 Formulation에 따라 180℃에서도 Cross Link가 가능합니다. 230℃의 높은 온도에서 전환된 Polyimide내에는 Thermal Stress가 발생하는데, 이 Thermal Stress는 Die와 Leadframe의 열팽창계수 (CTE)차이가 클수록 더 높아집니다. 예를 들어 Silicon Die를 Copper Leadframe에 접착하면 큰 Thermal Stress가 발생되고 Alloy 42와 같이 Silicon Die와의 열팽창계수 차이가 적은 경우는 Thermal Stress도 낮습니다. Silicon과 Copper및 Alloy 42의 열팽창 계수 비교를 상기표에 나타냈습니다. 일반적으로, Thermal Stress는 Die가 커질수록 그 정도가 심해지며 Delamination, 혹은 Die 균열까지도 초래할 수 있습니다.

 

 

 

 

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