Adhesion Properties between Polyimide Film and Copper by Ion Beam Treatment and Imidazole-Silane Compound

이온빔 및 이미다졸-실란 화합물에 의한 폴리이미드 필름과 구리의 접착 특성

Polyimide (PI) surface modification was carried out by ion-beam treatment and silane-imidazole coupling agent to improve the adhesion between polyimide film and copper. Silane-imidazole coupling agent contains imidazole functional groups for the formation of a complex with copper metal through a coordination bonding and methoxy silane groups for the formation of siloxane polymers. The PI film surface was first treated by argon (Ar)/oxygen ($O_2$) ion-beam, followed by dipping it into a modified silane-imidazole coupling agent solution. The results of X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) spectra revealed that the $Ar/O_2$ plasma treatment formed oxygen functional groups such as hydroxyl and carbonyl groups on the polyimide film surface and confirmed that the PI surface was modified by a coupling reaction with imidazole-silane coupling agent. Adhesion between copper and the treated PI film by ion-beam and coupling agent was superior to that with untreated PI film. In addition, adhesion of PI film treated by an $Ar/O_2$ plasma to copper was better than that of PI film treated by a coupling agent. The peeled-off layers from the copper-PI film joint were completely different in chemical composition each other. The layer of PI film side showed similar C1s, N1s, O1s spectra to the original Upilex-S and no Si and Cu atoms appeared. On the other hand the layer of copper side showed different C1s and N1s spectra from the original PI film and many Si and Cu atoms appeared. This indicates that the failure occurs at an interface between the imidazole-silane and PI film layers rather than within the PI layers.

폴리이미드 필름과 구리의 접착력을 향상시키기 위하여 이온빔과 실란-이미다졸 커플링제를 사용하여 폴리이미드 표면개질을 실시하였다. 실란-이미다졸 커플링제는 구리와의 배위결합을 형성하는 이미다졸 그룹과 실록산 폴리머를 형성하는 메톡시 실란 그룹을 함유한다. 폴리이미드 필름표면은 아르곤/산소 이온빔으로 일차로 처리하여 친수성을 높인 폴리이미드 필름에 커플링제 수용액에 침지하여 폴리이미드 필름 표면에 커플링제를 그라프트시켜 표면개질을 실시하였다. XPS 스펙트럼 분석결과 아르곤/산소 플라즈마 처리는 폴리이미드 표면에 하이드록시 및 카르보닐 그룹과 같은 산소 기능성기를 형성함을 알 수 있었고 폴리이미드 필름 표면에 실란-이미다졸과의 커플링반응에 의하여 표면이 개질되었음을 확인하였다. 이온빔을 사용하여 그라프트된 폴리이미드 필름과 구리와의 접착력은 처리되지 않은 폴리이미드 필름과의 접착력 보다 높은 접착력을 나타내었다. 또한 커플링제로 그라프트된 폴리이미드 필름의 접착력 보다 아르곤/산소의 양자화 이온을 이용하여 개질한 그라프트된 폴리이미드 필름의 시편이 더 높은 접착력을 나타내었다. 구리-폴리이미드 필름의 계면으로부터 박리된 층은 분석결과 완전히 서로 다른 화학적 조성을 나타내었는데 이것으로부터 박리가 접합면의 커플링제 내에서 일어나는 것보다는 폴리이미드와 커플링제의 사이에서 일어남을 확인하였다.