소결(sintering)이란 분말 재료를 고온에서 가열하여 고체 덩어리를 형성하는 공정을 의미한다. 이 공정은 용융점 이하에서 가열하여 강도와 치밀도를 향상시키고, 입자 간 부착을 통해 전기적 연결을 형성한다는 특징이 있다. 현재 산업에서 반도체 패키징의 중요성이 점점 커짐에 따라 소결 공정의 발전은 필수적이다. 그러나 소결 중 Cu의 표면에 형성되는 산화층은 전기 전도도를 저해하고 접착 성능을 감소시켜, 이를 반도체 부품으로 사용할 때 중대한 문제를 유발할 수 있다. 따라서 이 산화층을 제거하는 것은 부품 성능을 향상시키는 데 중요하다. Cu 표면의 산화층을 억제하고 제거하기 위해 다양한 화학적 식각(etching) 방법이 흔히 사용된다. 본 연구에서는 산을 사용하여 산화층의 형성을 억제하고, 서로 다른 분자량을 갖는 poly(acrylic acid)(PAA)를 사용하여 소결 성능을 비교하였다. 실험은 산화층 제거의 효율성과 소결된 Cu 칩의 전기적 및 접착적 특성에 대한 영향을 평가하기 위해 수행되었다. Cu 입자 간 열적 안정성, 산화층 제거 효율, 입자 간 연결성, 접착, 전기 전도도를 평가하기 위해 열중량 분석(thermogravimetric analysis, TGA), X‐ray photoelectron spectroscopy(XPS), X‐ray diffraction(XRD), 주사전자현미경(scanning electron microscopy, SEM), 랩 전단 강도(lap shear strength) 시험, 그리고 4점 프로브(four‐point probe) 측정과 같은 분석 기법을 활용하였다. 전기 전도도는 다음과 같은 결과를 보였다: 활성화제(activator)가 없는 Cu 칩은 1.0 × 10 4 S/m, 아크릴산(acrylic acid, AA)을 사용한 경우 7.9 × 10 3 S/m, PAA2k를 사용한 경우 1.8 × 1 4 S/m, 그리고 PAA250k를 사용한 경우 4.0 × 10 4 S/m이었다. 이러한 결과는 소결된 Cu 칩의 전기 전도도가 PAA의 분자량이 증가할수록 향상됨을 시사한다. 또한 접착 특성이 개선되었고, 표면 산소 함량이 감소하였다. 본 연구의 결과는 PAA의 분자량이 높을수록 소결된 Cu 칩에서 산화층 제거가 더 효과적으로 이루어짐을 보여준다. 본 연구는 반도체 패키징 산업에서의 Cu 소결 연구 및 개발에 기여하며, 적절한 소결 첨가제 및 폴리머 분자량을 선택하기 위한 지침을 제공함으로써 반도체 패키징 기술의 발전에 기여한다.

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