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⑴ Organic Contamination 및 제거 방법
Plastic Package에 있어서 Interface상의 Organic Contamination은 공정중의 Gas, 수분, Resin Bleed성분 또는 경화중에 배출되는 Fume이 Redeposition되면서 생길 수 있습니다. 또한 Container자체의 Outgassing과 Dicing Tape로부터 나올 수 있는 유기물질도 Contamination의 원인이 될 수 있습니다. 이러한 Organic Contamination이 Package 신뢰성에 치명적인 Failure의 요인이 될 수 있습니다. Chip이나 Leadframe Surface상의 유기오염 물질은 EMC와의 Bonding을 방해하며 Adhesion Strength를 현저히 저하시킬 수 있기 때문에 Delamination을 발생시킬 수 있고 PCT Corrosion과 같은 치명적인 문제를 일으킬 수 있습니다. 뿐만 아니라, Chip Surface의 유기오염 물질은 Wirebonding시 BNS(Bond-No-Stick)를 유발하거나, Ball Shear Strength를 현저히 낮출 수 있기 때문에 신뢰성 Test에서 Failure의 원인이 될 수 있습니다.
일반적으로 Organic Contamination의 제거는 UV/Ozone이나 Plasma(

O2포함) Cleaning으로 가능하며 그 Mechanism은 반응성이 높은 Oxygen Radical들이 Organic과 반응하여 CO 또는 CO2로 기체화되어 증발하는 것입니다. 다른 방법으로는 Freon을 사용한 Degreasing이 있지만 최근에는 환경오염 문제로 그 사용이 감소되는 추세입니다.

Contact Angle Measurement

표1 Liquid Surface Tension

표2 표면 분석기기의  특성비교

⑵ Surface Analysis
Surface상의 Organic Contamination을 확인할 수 있는 간단한 방법으로는 Water Contact Angle을 측정하는 방법이 있으며 분석방법으로는 AES(Auger Eletron Spectroscopy)와 XPS(X-Ray Photoelectron Spectroscopy) 및 SIMS(Secondary Ion Mass Spectrometry)가 있습니다. 이러한 기기들의 특성비교는 <상기표2>와 같습니다.

A. Water Contact Angle Measurement
Silicon Chip이나 Leadframe상의 유기오염물질은 Water Contact Angle 측정으로 확인할 수 있습니다. 이 Technique은 친수성인 Silicon Oxide와 소수성인 유기오염 물질이 각각 5°와 45°의 Contact Angle차이를 나타내는 것에 착안한 것으로 Liquid 한 방울을 Drop시킨 후 Substrate와의 Angle을 측정하는 방법입니다. 따라서 Water Contact Angle이 낮을수록 표면오염도가 낮으며 반면에 Contact Angle이 클수록 오염도는 높다고 볼 수 있습니다. 참고적으로,  Contact Angle의 계산방법과 여러물질의 Liquid Surface Tension을 <상기그림>과 <상기표1>에 나타내었습니다.

XPS와 AES의 비교

B. Auger Electorn Spectroscopy(AES)와  X - Ray Photoelectron Spectroscopy(XPS)
일정한 에너지를 시료에 조사하여 방출된 전자를 측정하는 전자 분광법으로서, 에너지 원으로 X-Ray와 전자Beam을 이용하는 AES와 X-Ray를 이용하는 XPS는 H2와 He을 제외한 주기율표상의 모든 원소를 확인할 수 있을 뿐만 아니라 산화 상태 및 화학종의 결합 형태를 알수 있는 아주 유용한 측정 방법입니다. 시료에 X-ray를 가하여 방출된 전자를 측정하는 것이 XPS이며, X-Ray나  전자Beam에 의해 들뜬 상태의 시료가 다시 안정화 상태로 돌아가려는 과정(Relaxation process) 중에 X-ray 형광이나 Auger electron의 방출이 있게 되는데 그 중 Auger electron을 측정하는 방법이 AES입니다.
XPS는 ESCA(Electron Spectroscopy for Chemical Analysis)로 널리 알려져 있습니다. H2와 He을 제외한 모든 원자에 대해 방출되는 특정한 전자를 측정할 수 있기 때문에 무기 화합물에 포함되어 있는 원소의 산화상태를 확인할 수 있으며, XPS의 광원에서 방출된 광전자는 고체의 약 10~ 50Å이상의 층을 통과하지 못한다는 것이 단점이긴 하지만, 이를 이용해 반도체 표면의 오염 정량, 조성 분석등의 표면 연구에 많이 사용하고 있습니다. 시료의 조성원소 정량 분석에 있어서는 아직까지 오차 발생률이 높기 때문에 충분한 연구가 더 필요합니다. AES의 고유한 장점은 원자 번호가 낮은 원자에 대해 감도가 높고, Auger electron의 낮은 에너지로 인해 고체의 약 3~20Å정도만 투과할수 있어 앞에서 언급한 XPS보다 정확한 표면 정성분석이 가능합니다. 또한 표면을 Argon Ion Beam으로 Sputtering시켜 깍아 내면서 표면의 조성원소를 측정하는 단면 분석은 Auger Micro Analyzer를 이용하게 되는데, 측정된 표면의 원소 조성을 통해 Contamination Mechanism, 부식 화학, 촉매 행동 및 반도체 접촉면의 성질 연구에 유용합니다.

C. SIMS (Secondary Ion Mass Spectrometry)
분석물질의 화학적 결합상태및 질량을 알수 있는 Mass Spectrometry는 시료를 이온화시키는 방법에 따라 그 종류가 매우 많고 새로운 방식의 Mass Spectrometry가 계속 개발되고 있습니다. 그 중  SIMS는 원자나 분자에 108 V/cm 정도의 전기장으로 고속의 Ion beam(Primary ion)을 형성시켜 시료의 표면을 쪼이게 되면 고속원자가 표적 표면과 충돌할 때 운동량이 전달되고 이로 인하여 표면 근처의 구조가 엉클어져 시료에서 Neutral Beam보다 높은 운동에너지(Kinetic energy)를 지니는 이온이 방출되는데, 이때의 이차 이온(Secondary ion)을 분석함으로써 표면의 성질을 파악할 수 있습니다. 이 때 사용되는 Ion beam으로는 주로 3He+, 16O+, 또는 40Ar+ 등이 주로 선택되어 지는데, 이는 높은 운동에너지를 지님으로써 분자량이 높은 물질(3,000~ 13,000)에 대해서 좋은 감도를 보이게 됩니다. 분석 방법으로 주로 시료를 직접도입기(DIP:Direct Insertion Probe)를 사용하여 질량분석기에 직접 주입하거나 액체 크로마토그래프(LC:Liquid Chromato - graphy)를 사용하여 시료를 용매에 녹여 질량분석기에 주입할 수 있습니다.  SIMS에 의한 분석은 염과 같은 비휘발성 물질이나 쉽게 열분해되는 물질의 질량 스펙트럼을 얻는데 매우 유용합니다. 이러한 원리로 인해 SIMS는 H2를 포함한 모든 표면의 원자 구성을 알아 낼수 있을 뿐 아니라, 분자 화합물의 구조와 동위원소(Isotope) 확인이 가능합니다. 최소 시료의 양(깊이 0.2~ 0.5nm)으로 ppb단위의 검출 한계를 가지는 장점이 있으며 Absorbed Ion Image, Elemental Live Scan, Images of Surface Constituent 같은 표면 Information을 얻을 수 있습니다. 전자 분광법은 앞에서 언급한 대로 정량분석에 있어 오차가 발생하지만 SIMS는 안정한 동위원소를 Internal Standard로 사용한 정량분석이 가능합니다. 이러한 SIMS의 장점을 이용한 Ion Imaging of a Defective Ion Bond Pad Area, Solder Wetting Analysis, Organic Surface Contamination, Submicron Spatial Resolution Failure Analysis, Insulating Glass Composition등의 응용, 분석이 이루어 지고 있습니다.

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Polymerization of high refractive index material by ceramic functionalized acrylate

최근 디스플레이 시장이 확대됨에 따라 LCD, PDP, OLED등에 적용되는 점착제들도 사용량이 크게 증가하고 있습니다. LCD는 점착제가 사용된 여러 개의 필름패널로 이루어져 있습니다. 여러 층으로 이루어진 필름 층들은 우수한 투과성과 높은 굴절률, 신뢰성을 확보하여야 합니다. 이러한 필름 층이 위와 같은 특성을 만족하기 위해서는 그에 적용되는 점착제도 동일한 특성을 보여야 합니다.
아크릴 점착제는 자체의 광투과성이 우수해 디스플레이용 점착제로 활용성이 높습니다. 이러한 아크릴 점착제에 굴절률을 높이기 위해 고굴절률 물질을 첨가함에 따라재료전체의 굴절률을 향상시킬 수 있으며 가교정도를 조정하여 신뢰성을 확보 할 수 있습니다.
고굴절률을 발현하는 세라믹을 활용하여 재료의 굴절률을 올려 줄 수 있는데 이를 그대로 활용할 경우 재료의 투과성을 감소시키는 원인이 될 수 있습니다. 그렇기 때문에 아크릴레이트로 변형된 세라믹을 적용시켜 분산성을 높여 굴절률을 높임과 동시에 광투과성을 유지시킬 수 있는 연구가 진행되고 있습니다.
또한 신뢰성을 확보하기 위해 기존의 isocyanate계열의 경화제를 대체할 수 있는 새로운 형태의 경화제에 대해서도 연구가 활발히 진행되고 있습니다(상기그림참조).

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1) 국내기술동향
(1) 우레탄계 습기경화형 접착제로서 폴리올 혼합물을 이소시아네이트 화합물과 반응시켜얻은 우레탄 프리폴리머와 폴리에스테르 폴리올을 헥사메틸렌 디이소시아네이트와 반응시켜 우레탄 프리폴리머를 만들어 자동차 방풍유리 접착 밀봉용으로 사용하는 습기경화형 우레탄 접착제로서 최종 결합 강도와 초기 부착강도가 우수한 습기경화형 접착제가 개발되고 있습니다.
또한 특정 분자량 및 융점을 갖는 방향족 폴리에스테르 폴리올과 분자량과 융점이 다른 지방족 폴리에스테르 폴리올을 이소시아네이트와 반응시킴으로써 종래의 용제형 접착제보다 초기접착력이 우수하고 무용제로서 접착제의 냄새나 용제의 휘발이 없고 작업환경이 양호한 속경성 습기경화 폴리우레탄 접착제도 개발되고 있습니다. 한편 비결정성 폴리올 혼합물과 디이소시아네이트를 반응시켜 말단이 디히드록시 폴리에스테르 형태를 갖는 저분자량 열가소성 폴리우레탄 수지를 합성하고, 여기에 폴리올 혼합물과 디이소시아네이트를 첨가하여 반응시켜 디이소시아네이트 말단을 갖게함으로써 초기접착력과 경화된 후의 접착력이 우수하고 폴리염화비닐(PVC), SMC와 같이 접착시키기 곤란한 피착재를 포함하는 광범위한 피착재에 대하여 개선된 접착력을 나타내는 수분경화형 핫멜트 폴리우레탄 접착제도 개발되고 있습니다. 또한 폴리옥시프로필렌글리콜을 함유하는 우레탄 예비중합체에 점도부여 화합물을 혼합하는 자동차 유리용 접착제로서 접착성, 탄성, 강도, 수밀성등이 우수한 실링재로 습기에 의한 경화가 빠르고 점성이 높아 초기경화시 유리의 지지를 위한 테이핑 작업 및 고무댐 부착공정을 생략할 수 있는 습기경화성 일액형 우레탄 접착제도 개발되고 있습니다.
(2) 에폭시계 습기 경화형 접착제로서 수분이 제거된 디이소시아네이트에 폴리올, 에폭시 수지 및 소포제를 반응, 숙성시켜 폴리에틸렌등 합성수지의 표면을 개질하는 전처리 공정이 필요 없는 일액형 습기경화형 접착제가 개발되어 있습니다.

2) 해외기술동향
(1) 미국에서는 우레탄계와 실리콘계 습기경화형 접착제의 개발이 주류를 이루고 있으며, 실리콘계 습기경화형 접착제로서는 실리콘계 올리고머와 가교제, 접착부여제를 함유하는 와이어나 케이블의 절연용 습기경화형 접착제, 알킬아크릴레이트와 알킬메타크릴레이트를 가진 코폴리머와 비정질 분말을 블렌딩하여 투명성과 작업성, 저장안정성이 개선된 습기경화형 접착제, 알콕시 라디칼이나 유기폴리실록산으로된 습기경화형 실리콘 감압접착제 등이 개발되어 있습니다.
(2) 폴리우레탄계 습기경화형 접착제로는 폴리올과 다기능성 이소시아네이트로 된 일액형 감압접착제, 반응성 이소시아네이트 성분을 함유하는 제1성분과 경화상태에서 이소시아네이트와 반응하는 옥사졸리딘과 습기 존재하에 이소시아네이트와 히드록시 성분의 반응을 촉진하는 촉매로된 폴리우레아 함유 경화성조성물로 된 제2성분을 함유하는 이액형 습기경화형 접착제 및 폴리이소시아네이트와 이소시아네이트의 반응생성물인 폴리우레탄 프리폴리머로 된 일액형 폴리우레탄계 습기경화형 접착제등이 개발되어 있습니다.
(3) 일본에서는 이소시아네이트기를 말단에 가진 프리폴리머와 친수성 실리카 입자 및 이산화마그네슘 이산화탄소 흡수제로 된 우레탄계 습기경화성 접착제, 스티렌계 열가소성 고무, 폴리올레핀 및 점착성 부여제로 된 습기경화형 핫멜트 접착제, 폴리옥시알킬렌 구조와 알콕시기 및 히드로카르빌기를 가진 실리콘 베이스 수지와 알킬메타크릴레이트 폴리머로 된 실리콘계 습기경화성 콘택트 접착제등이 개발되어 있습니다.

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