폴리이미드 전착코팅층 형성 거동 및 고내열 절연코팅 응용에 관한 연구 = Studies on the Formation of Electrophoretically Deposited Polyimide Coatings and Its Application to Electrical Insulation

국문 초록 (Abstract)

본 연구에서는 폴리이미드(PI) 절연층을 전착코팅(Electrophoretic Deposition, EPD) 공정을 통해 구리 도체 위에 형성하고, 코팅층의 구조적·전기적 특성을 체계적으로 분석하였다. 합성 과정에서 사용된 폴리아믹산염(Polyamic acid salt, PAAS) 용액은 다양한 중화제 조성 및 용매비에 따라 물성(점도, 이온전도도, 입자크기, pH 등)이 제어되었으며, 전착 거동과 막 균일성에 미치는 영향을 평가하였다. 또한 전처리 조건에 따른 구리 표면의 산화 상태와 접촉각 변화, XRD 분석을 통해 전착층의 접착력 향상 메커니즘을 연구하였다.
전착 전압 및 시간 변화에 따른 코팅층 두께는 지수적으로 증가하는 경향을 보였으며, 과도한 전압에서는 수분의 전기분해에 의한 기포 및 표면 결함이 발생하였다. 최적화된 조건에서 형성된 PI 코팅층은 균일한 두께와 우수한 접착력을 나타내었으며, 절연 특성 평가 결과 부분방전개시전압(PDIV) 및 절연강도(Dielectric Strength)에서 우수한 전기적 안정성을 보였다.
또한 구리 와이어에 대하여 연속전착공정으로 절연와이어 시편을 제조하였으며 900 V–10 kHz, 180 °C의 조건에서 수행한 고온/고주파 절연성 평가 결과, 본 실험에서 제조된 PI 전착 절연층은 기존 PEW 및 AIW 제품대비 30배 이상의 절연 수명을 보였으며, 고온에서도 PDIV 감소폭이 가장 작아 우수한 내열 안정성을 확인하였다. 이러한 결과는 전착 폴리이미드 코팅층의 높은 열적 안정성과 치밀한 절연구조, 그리고 구리와의 강한 계면 결합력에 기인한 것으로 판단된다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

In this study, a polyimide (PI) insulation layer was fabricated on copper conduc tors via electrophoretic deposition (EPD), and its structural and electrical properti es were systematically investigated. The polyamic acid salt (PAAS) solutions were prepared with different neutralizing agents and solvent ratios to control key par ameters such as viscosity, ionic conductivity, particle size, and pH. The influence of these factors on deposition behavior and film uniformity was analyzed. Surfac e pretreatment of copper (using lactic acid, NaOH, and heat treatment) was cha racterized by XRD and contact angle analysis, confirming enhanced interfacial ad hesion due to controlled oxide and hydroxide layer formation.
The coating thickness increased exponentially with applied voltage and depositi on time, consistent with Hamaker’s law, while excessive voltage caused surface d efects due to water electrolysis. The optimized PI film exhibited excellent unifor mity (thickness deviation ±1.5 µm) and strong adhesion. Electrical measurements revealed a partial discharge inception voltage (PDIV) of approximately 643 V and a breakdown strength (BDS) of 9.2 kV/30 µm, indicating superior dielectric reliab ility.
High-temperature insulation tests conducted at 900 V–10 kHz and 180 °C dem onstrated that the developed PI coating achieved over 30 times longer lifetime t han conventional PEW and AIW wires, with the smallest PDIV degradation among all samples. These outstanding performances are attributed to the inherent th ermal stability, dense morphology, and strong interfacial bonding of the polyimi de layer. Consequently, the EPD-based PI insulation process proposed in this wo rk provides a promising route for high-reliability wire insulation applicable to hig h-temperature, high-voltage electric drive and power electronic systems.y

목차 (Table of Contents)

• 제 1 장 서론 1
• 1.1 연구배경 및 목적 1
• 제 2 장 관련 이론 3
• 2.1 Polyamic acid salts(PAAS) 용액 합성 3
• 2.2 전착코팅 (Electrophoretic Deposition, EPD) 5
• 2.3 합성용액 물성에 따른 전착 영향 8
• 2.4 전기적 물성 11
• 2.4.1 PDIV (Partial Discharge Inception Voltage) 11
• 2.4.2 BDV (Breakdown Voltage) 12
• Part 1. PAAS 용액 합성 및 전착코팅 14
• 제 3 장 실험 방법 15
• 3.1 재료 및 시약 15
• 3.2 PAAS 용액 합성 15
• 3.3 전착코팅을 이용한 시편 제작 17
• 3.4 특성 분석 17
• 3.4.1 합성용액 물성 측정 17
• 3.4.2 코팅층 두께 측정 18
• 3.4.3 코팅층 전기적 물성 측정 18
• 제 4 장 결과 및 고찰 20
• 4.1 FTIR(Fourier Transform Infrared Spectroscopy)를 통한 PAAS 용액 합성 확인 20
• 4.2 용액 물성과 코팅 조건에 따른 코팅 두께 및 상태 22
• 4.3 코팅 조건에 따른 SEM 이미지 26
• 4.4 코팅층 두께에 따른 전기적 물성(BDV, BDS, PDIV) 28
• Part 2. 균일/고밀착 전착코팅 31
• 제 3 장 실험 방법 32
• 3.1 재료 및 시약 32
• 3.2 PAAS 용액 합성 32
• 3.3 Copper 표면 분석 33
• 3.3.1 Copper 표면 전처리 33
• 3.3.2 Copper 표면 특성 확인 (XRD, Contact Angle) 33
• 3.4 Bending test 34
• 3.5 Full coverage 실험 35
• 제 4 장 결과 및 고찰 38
• 4.1 전처리별 Copper 표면 분석 38
• 4.1.1 X선 회절기(X-ray Diffraction)를 통한 Copper 표면 분석 39
• 4.1.2 접촉각 측정기를 통한 Copper 표면 분석 40
• 4.2 모노머 화학적 구조, Copper 표면에 따른 밀착력 확인 42
• 4.3 후첨용매에 따른 균일성 파악을 위한 전류패턴 분석 44
• Part 3. Copper wire 연속코팅 공정 적용 48
• 제 3 장 실험 방법 49
• 3.1 연속코팅 실험 49
• 3.2 전기적 물성 측정용 시편 제작 및 측정 방법 51
• 3.3 고내열 절연성 평가 53
• 제 4 장 결과 및 고찰 54
• 4.1 SEM 이미지 54
• 4.2 전기적 물성 55
• 4.2.1 PDIV, BDS 55
• 4.2.2 고내열 절연성 58
• 제 5 장 결론 61
• [참고 문헌] 61
• [영문초록] 67