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An electrochemical study on the effects of electrolyte additives on metal electrodeposition = 도금 성능 및 안정성 향상을 위한 전해 도금 첨가제의 전기화학적 특성에 관한 연구
서명 / 저자 An electrochemical study on the effects of electrolyte additives on metal electrodeposition = 도금 성능 및 안정성 향상을 위한 전해 도금 첨가제의 전기화학적 특성에 관한 연구 / Jeongho Moon.
저자명 Moon, Jeongho ; 문정호
발행사항 [대전 : 한국과학기술원, 2020].
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초록정보

The electrolyte additives have a significant effect on the improvement of the properties of the electroplating. Especially, copper electroplating is widely used in the fabrication of semiconductors and printed circuit boards (PCBs), because of it excellent electric conductivity and high productivity. Recently, with the development of fifth-generation (5G) communication modules, there is increasing interest in 5G mm-wave antenna-in package (AiP) substrate consisting of more than 10 layers. For the production of high-density multi-layer PCB, a microvias are used to connect adjacent layers. The fully filled microvias have the advantage of increasing substrate density and signal transmission. To fill the microvias, low concentration of chemical additives such as a suppressor, an accelerator and a leveler are contained the copper electroplating solution. However, during the electroplating, the additives are decomposed and the filling performance are decreased. In general, the plating solutions contain hundreds of ppm of suppressor and less than 10 ppm of an accelerator and leveler. With the highest concentration, suppressors have the most significant effects on the filling performance of the microvias. The suppressors with a larger molecular weight (MW) inhibits the Cu reduction on the substrate surface more effectively, leading to higher filling performance. However, during the electroplating process, PEG molecules are decomposed through a hydrolysis reaction at the cathode and the filling performance is decreased. Therefore, it is necessary to study the accuracy improving the filling performance prediction and improvement of filling performance on plating solutions contained decomposed suppressors. Furthermore, a study was performed to improve the cycle stability by controlling the dendrite growth of lithium metal electrode by applying an additive that is used for electrolytic copper plating. Herein, three individual studies are conducted on improving accuracy microvias filling performance prediction of solution contained decomposed suppressor, improvement of filling performance in copper electroplating, and on the stability enhancement of lithium metal secondary batteries. In the first part, the filling performance prediction of electroplating solutions containing the decomposition suppressor conducted using an electrochemical characterization. The filling performance of electroplating solutions increase high accuracy considering both the cathodic potential and potential difference. The second part is the study of effects of suppressor MW on the filling performance in Cu electroplating. When the MW of suppressors increased, the optimal chloride concentration increased. The in the third part, the cycle stability of lithium secondary batteries are improved by adding suppressor and leveler to electrolyte.

전해 도금액에 포함된 첨가제는 도금의 특성의 결정에 중요한 영향을 미친다. 특히, 전해 구리 도금은 높은 전기전도도를 가지기 때문에 반도체와 인쇄 회로 기판의 신호 전송용 회로에 널리 사용되고 있다. 최근, 5세대 통신 모듈의 발전에 따른 고밀도 다층 기판에 대한 관심이 증가되고 있으며, 이런 마이크로비아를 이용하여 다층 기판의 인접 층간의 전기적 연결을 한다. 완전히 구리로 충진 도금된 마이크로비아는 인쇄 회로 기판의 기판의 밀집도를 향상시키고 신호 전달의 특성을 향상 시키기 때문에 고밀집 다층 기판의 제작에 있어 필수적 기술이다. 마이크로비아의 충진 성능을 강화하기 위해서 도금액에 억제제, 촉진제, 평탄제 등의 첨가제가 도금액에 함유하여 도금액의 충진 성능을 강화하고 있다. 그러나, 첨가제는 도금시 분해되어 부산물로 도금의 충진 성능을 저해하기 때문에 연속적인 도금의 진행시 충진 성능의 지속적으로 감소되며, 신규의 첨가제를 추가하여도 충진 성능은 초기보다 감소한다. 따라서, 안정적인 전해 구리 도금의 특성을 확보하기 위해서는 도금액의 충진 성능에 대한 정확한 측정과 충진 성능의 개선에 대한 연구가 요구된다. 특히, 억제제는 도금의 진행에 따라 분자의 사슬이 분해되어 그 사이즈가 감소하고 다른 첨가제에 비해 높은 농도로 사용하기 때문에 분해에 따른 영향이 크다. 그러나, 도금액의 분해된 억제제가 포함된 도금액에 대한 연구는 많지 않으며, 분해 첨가제가 도금액의 충진 성능의 감소에 미치는 영향에 대한 연구는 부족하다. 따라서, 본 연구에서는 전해 도금에 사용되는 억제제의 분자량에 따른 경향을 전기화학적인 방법으로 확인하고 전해 도금액의 충진 성능의 측정의 정확성 향상하는 방법에 대한 연구를 하였다. 또한, 억제제의 분자량에 따른 기판 표면에서의 흡착 거동에 대해 연구함으로써 충진 성능의 강화 방법에 대해서 연구하였다. 더 나아가, 전해 구리 사용되고 있는 첨가제를 리튬 금속 양극제를 사용하는 이차전지에 적용하여 리튬의 덴드라이트 성장을 제어함을로써 사이클 안전성을 향상시키는 연구를 수행하였다. 전기화학적인 방법을 이용하여 전해 구리 도금의 충진 성능의 측정과 충진 성능 최적화 방법 및 리튬 금속 전극의 덴드라이트의 제어 방법에 대해서 세 건의 독립적인 연구를 진행하였다. 각각의 연구는 (1) 전기 화학 방법을 통한 도금시 분해된 억제제가 포함된 전해 구리 도금의 충진 성능의 예측 정확성의 향상, (2) 전해 구리 도금에서 마이크로비아의 충진 성능 향상에 미치는 억제제의 분자량의 영향, (3) 전해 도금에 사용되는 억제제와 평탄제를 포함한 전해액에서의 리튬 금속 전지의 안정성 향상이다.

서지기타정보

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청구기호 {DMS 20044
형태사항 x, 130 p. : 삽도 ; 30 cm
언어 영어
일반주기 저자명의 한글표기 : 문정호
지도교수의 영문표기 : EunAe Cho
지도교수의 한글표기 : 조은애
학위논문 학위논문(박사) - 한국과학기술원 : 신소재공학과,
서지주기 Including references.
주제 전해 도금
마이크로비아
첨가제
전기화학
리튬금속전극
Electrodeposition
microvia
chemical additive
electrochemical characterization
lithium metal anode
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