JP2015006783A - 金属‐樹脂接合構造物およびその製造方法、並びに前記金属‐樹脂接合構造物を有する回路基板および銅張積層板 - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、金属‐樹脂接合構造物に関する。【解決手段】本発明の実施形態による金属‐樹脂接合構造物は、樹脂層と、樹脂層に接合された金属層と、樹脂層と金属層との接合面に提供され、樹脂層と金属層との間の接合力を提供するためにシラン系カップリング剤を含有する改質層と、を含む。【選択図】図１
Description
本発明は、金属‐樹脂接合構造物およびその製造方法に関し、より詳細には、金属と高分子樹脂との間の接合力を向上できる金属‐樹脂接合構造物およびその製造方法、並びに前記金属‐樹脂接合構造物を有する回路基板および銅張積層板に関する。
印刷回路基板のような回路基板は、表面に金属パターンが形成された複数の高分子絶縁シートからなるシート積層体からなっている。前記回路基板を製造するために使用される高分子絶縁フィルムは、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、フェノール樹脂、およびイミド樹脂などの様々な樹脂材質からなっており、前記金属パターンは、前記樹脂材質の絶縁フィルム上に金属ペーストを印刷するか、めっき工程を用いて形成されることができる。ここで、前記金属パターンと前記絶縁フィルムとの間の接合力は、前記回路基板の安定性および信頼性などの基板特性の重要な要素となる。
通常、金属は、化学的に不活性であるため、有機物質である高分子樹脂とは効果的に接合しない。そのため、印刷回路基板を製造するために、高分子絶縁フィルムに無電解めっき工程を施してなるめっきパターンを形成する場合、前記めっきパターンの形成そのものが容易でないか、形成されためっきパターンと絶縁フィルムとの間の接合力が非常に低くて、前記めっきパターンの剥離現象や分離現象が生じる。
本発明が解決しようとする課題は、製品安定性および信頼性を向上できる金属‐樹脂接合構造物およびその製造方法、並びに前記金属‐樹脂接合構造物を有する回路基板および銅張積層板を提供することにある。
本発明が解決しようとする課題は、金属パターンと高分子絶縁フィルムとの間の接合力を高めることができる金属‐樹脂接合構造物およびその製造方法、並びに前記金属‐樹脂接合構造物を有する回路基板および銅張積層板を提供することにある。
本発明に係る金属‐樹脂接合構造物は、樹脂層と、前記樹脂層に接合された金属層と、前記樹脂層と前記金属層との接合面に提供され、前記樹脂層と前記金属層との間の接合力を提供するために下記化１で表される物質を含有する改質層と、を含む金属‐樹脂接合構造物。
［Ｒはアルコキシ基を含み、Ｒ´は環状基を含む。］
本発明の実施形態によれば、前記改質層は、前記樹脂層に表面改質処理を施してなることができる。
本発明の実施形態によれば、前記化１で表される物質は、下記化２で表される物質と化３で表される物質とを反応させて合成されることができる。
［Ｒはアルコキシ基を含み、Ｒ´はアルキル基またはメシチル基の環状基を含む。］
本発明の実施形態によれば、前記樹脂層は、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、イミド樹脂、およびウレタン樹脂のうち少なくともいずれか一つの材質からなることができる。
本発明の実施形態によれば、前記金属‐樹脂接合構造物は、印刷回路基板を製造するために使用され、前記金属層は、前記印刷回路基板の回路パターンであることができる。
本発明の実施形態によれば、前記金属層は、前記樹脂層にめっき工程を施してなるめっきパターンを含むことができる。
本発明に係る金属‐樹脂接合構造物の製造方法は、樹脂層の表面にヒドロキシル基を形成する段階と、前記樹脂層に対して下記化１のカップリング剤を反応させて、前記樹脂層の表面を改質する段階と、前記樹脂層に対して金属層を形成する段階と、を含む。
［Ｒはアルコキシ基を含み、Ｒ´は環状基を含む。］
本発明の実施形態によれば、前記化１で表される物質は、下記化２で表される物質と化３で表される物質とを反応させて合成されることができる。
［Ｒはアルコキシ基を含み、Ｒ´はアルキル基またはメシチル基の環状基を含む。］
本発明の実施形態によれば、前記ヒドロキシル基を形成する段階は、前記樹脂層の表面をプラズマで処理する段階を含むことができる。
本発明の実施形態によれば、前記樹脂層を準備する段階は、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、イミド樹脂、またウレタン樹脂のうち少なくともいずれか一つを含む複合材をキャスティング（ｃａｓｔｉｎｇ）して絶縁フィルムを製造する段階を含むことができる。
本発明に係る金属‐樹脂接合構造物およびこれを備える印刷回路基板および銅張積層板などの基板は、樹脂層および金属層に対して表面改質により接合力を高めることができ、プライマー層を提供するか表面粗さを形成して接合力を高める技術に対し、表面処理だけで別の接合剤を備えなくても高い接合力を具現することができ、樹脂層と金属層との間の接合力を高めることができる。
本発明に係る金属‐樹脂接合構造物の製造方法は、樹脂層に対する表面改質処理だけで樹脂層と金属層との間の接合力を高めることができ、別のプライマー層を備えるか樹脂層または金属層に表面粗さを形成して接合力を高める技術に対し、別の接合層やケミカル工程がなくても高い接合力を具現することができ、高い接合力を有する金属‐樹脂接合構造物を製造することができる。
本発明の利点及び特徴、そしてそれらを果たす方法は、添付の図面とともに詳細に後述する実施形態を参照すると明確になるであろう。しかし、本発明は以下に開示される実施形態に限定されず、互いに異なる様々な形態に具現することができる。本実施形態は、本発明の開示を完全にするとともに、本発明が属する技術分野において通常の知識を有した者に発明の範疇を完全に伝達するために提供されることができる。明細書全体において、同一の参照符号は同一の構成要素を示す。
本明細書で用いられる用語は、実施形態を説明するためのものであり、本発明を限定しようとするものではない。本明細書において、単数型は文章で特に言及しない限り複数型も含む。明細書で用いられる「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」及び／又は「含んでいる（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」は言及された構成要素、段階、動作及び／又は素子は一つ以上の他の構成要素、段階、動作及び／又は素子の存在又は追加を排除しない。
また、本明細書で記述する実施形態は、本発明の理想的な例示図である断面図および／または平面図を参照して説明する。図面において、膜および領域の厚さは技術的内容の効果的な説明のために誇張されたものである。そのため、製造技術および／または許容誤差などによって例示図の形態が変形されることがある。したがって、本発明の実施形態は示された特定形態に制限されず、製造工程に応じて生じる形態の変化も含むものである。例えば、直角に示された蝕刻領域はラウンド状であるか所定の曲率を有する形態であってもよい。
以下、添付の図面を参照して本発明の実施形態による金属‐樹脂接合構造物およびその製造方法、並びに前記金属‐樹脂接合構造物を有する印刷回路基板および銅張積層板について詳細に説明する。
図１は本発明の実施形態による金属‐樹脂接合構造物を示す図であり、図２は図１に示されたＡ領域の拡大図である。また、図３は本発明の実施形態によるカップリング剤の主要物質を示す図である。
図１〜図３を参照すると、本発明の実施形態による金属‐樹脂接合構造物１００は、印刷回路基板（Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｏａｒｄ：ＰＣＢ）または銅張積層板（Ｃｏｐｐｅｒ Ｃｌａｄ Ｌａｍｉｎａｔｅ：ＣＣＬ）などの基板に適用されてもよく、金属と樹脂が接合された構造物であってもよい。一例として、前記金属‐樹脂接合構造物１００が印刷回路基板に適用される場合、前記樹脂層１１０は層間絶縁膜として使用され、前記金属層１２０は前記層間絶縁膜上に形成されたスズ、亜鉛、ニッケル、クロム、コバルト、アルミニウム、また銅のうち少なくともいずれか一つの金属からなる金属回路パターンであってもよい。他の例として、前記金属‐樹脂接合構造物１００が銅張積層板に適用される場合、前記樹脂層１１０は絶縁フィルムであり、前記金属層１２０が前記絶縁フィルム上に形成された金属薄膜であってもよい。
前記樹脂層１１０は高分子樹脂材質からなる層であってもよい。前記樹脂層１１０は、高分子樹脂材料を含有する複合絶縁材料をキャスティング（ｃａｓｔｉｎｇ）してなる絶縁フィルムを用いて製造されたものであってもよい。前記高分子樹脂は、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、イミド樹脂、およびウレタン樹脂のうち少なくともいずれか一つであってもよい。
前記金属層１２０は金属材質からなる層であってもよい。前記金属層１２０は、前記絶縁フィルムに所定のめっき工程を施してなるめっきパターンであってもよい。前記めっき工程としては、無電解めっき工程または電解めっき工程などが用いられてもよい。
一方、前記回路基板１００は、前記樹脂層１１０と前記金属層１２０とを効果的に接合するために、前記層１１０、１２０の接合面に改質層１３０を形成してもよい。より具体的に、前記改質層１３０は、前記樹脂層１１０または前記金属層１２０の表面を改質してなるものであって、このような改質層１３０は、別の接合剤を用いて形成された接合層ではなく、所定のカップリング剤を用いて前記樹脂層１１０と前記金属層１２０とを化学的に結合したものであってもよい。
一例として、前記改質層１３０は、図３に示されたように、化１の物質をベース物質とするカップリング剤を主要物質としてもよい。前記化１において、Ｒはエトキシまたはメトキシなどの縮合反応を起こしうるアルコキシ基を含み、Ｒ´はアルキル基またはメシチル基などの環状基を含んでもよい。Ｒ´はヘテロ原子を選択的に含んでもよく、含まなくてもよい。また、前記イミダゾールは、ピリジニウム、ピリジン、トリアゾールなどのように、Ｎが少なくとも一つ以上であるヘテロ化合物を含んでもよい。
前記のような改質層１３０は、別の接合剤を使用することなく、前記樹脂層１１０と前記金属層１２０との間の接合力を向上することができる。より具体的に、前記改質層１３０は、前記樹脂層１１０の表面を改質した後、表面が改質した樹脂層１１０に対して金属層１２０を形成することで、前記樹脂層１１０と前記金属層１２０との間の接合力を高めることができる。この場合、ウレタンまたはアクリルなどの熱硬化性樹脂材質の高分子プライマー層を接合層とし、金属層と樹脂層との間に別に提供する場合に対し、プライマー層にクラックおよび気孔が生じる現象によって樹脂層と金属層との間の接合力が低下する問題点を基本的に解決することができる。さらに、前記プライマー層を用いる場合、回路基板の製造工程時に加えられる熱処理工程や硬化工程において、耐熱性に劣る樹脂の形態および物性の変化が生じる問題点を防止することができる。
また、前記のように表面改質方式により樹脂層１１０と金属層１２０とを接合する場合、表面粗さを提供して樹脂層と金属層を接合する場合に対し、別の表面粗さを形成するための別のケミカルを用いるエッチング工程を用いる必要がないという利点がある。特に、最近の微細化および集積化している基板の発展傾向を鑑みると、表面粗さを用いた接合方式はこのような傾向に対応できていないが、前記のような表面改質を用いた接合方式は、回路基板の微細化および集積化に対応することができる。
このような改質層１３０は、別のプライマー層を提供するか、表面粗さを提供する反面、肉眼で確認することが困難であるが、ＧＣ-ＭＳ、ＮＭＲなどを利用して合成完了および純度を分析して確認することができ、改質した樹脂層１１０の表面は、濡れ性などを評価して表面性質の変化を数値的に評価することができる。また、前記樹脂層１１０と前記金属層１２０との間の接合力は、これらの層１１０、１２０の間の剥離評価により測定することができる。
上述のように、本発明の実施形態による金属‐樹脂接合構造物１００は、樹脂層１１０と金属層１２０との間の接合力を高めるために、前記樹脂層１１０の表面を所定のカップリング剤を用いて改質し、前記樹脂層１１０と前記金属層１２０を化学的に接合することができる。この場合、別のプライマー層を提供するか表面粗さを形成して接合力を高める場合に対し、製造過程において樹脂の変形を防止することができ、ケミカルを使用しなくてもよく、最近、微細化および精密化の傾向にある回路基板などに適用することができる。これにより、本発明に係る金属‐樹脂接合構造物、さらに、これを備える印刷回路基板および銅張積層板などの基板は、樹脂層と金属層に対して表面改質により接合力を高めることができ、プライマー層を提供するか表面粗さを形成して接合力を高める技術に対し、表面処理だけで別の接合剤を備えなくても高い接合力を具現することができ、樹脂層と金属層との間の接合力を高めることができる。
次いで、本発明の実施形態による回路基板の製造方法について詳細に説明する。ここで、上述の回路基板１００に関する重複する説明は省略するか簡素化することがある。
図４は本発明の実施形態による回路基板の製造方法を示すフローチャートであり、図５ａ〜図５ｄは本発明の実施形態による回路基板の製造過程を説明するための図である。
図４および図５ａを参照すると、樹脂層１１０を準備することができる（Ｓ１１０）。前記樹脂層１１０を準備する段階は、高分子樹脂含有複合材を製造した後、前記複合材をキャスティング（ｃａｓｔｉｎｇ）してフィルム化する段階を含むことができる。前記高分子樹脂としては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、イミド樹脂、およびウレタン樹脂のうち少なくともいずれか一つが使用されてもよい。前記樹脂層１１０は、いわゆるグリーンシート（ｇｒｅｅｎ ｓｈｅｅｔ）と称する印刷回路基板製造用の絶縁シートであってもよく、あるいは、前記樹脂層１１０は、銅張積層板製造用の絶縁シートであってもよい。
また、前記樹脂層１１０の表面にヒドロキシル基を形成することができる（Ｓ１２０）。前記ヒドロキシル基を形成する段階は、前記樹脂層１１０に酸素または水素プラズマ工程を施して行われることができる。
図４および図５ｂを参照すると、カップリング剤を形成することができる（Ｓ１３０）。前記カップリング剤を形成する段階は、図５ｂに示されたように、化２で表されたシラン系物質の陰イオンを化３で表されたイミダゾールで置換して形成されることができる。前記シラン系物質は、塩素イオンの陰イオンを有するものを例に挙げたが、陰イオンは、ＢＦ４またはＰＦ６などの様々な大きさと物性を有する陰イオンであって、置換が可能で、且つ適用する樹脂に応じて多様に置換して使用してもよい。前記イミダゾールは、ピリジニウム、ピリジン、トリアゾールなどのようにＮが少なくても一つ以上であるヘテロ化合物であってもよい。これにより、イミダゾールを有するシラン系カップリング剤が合成されることができる。
図４および図５ｃを参照すると、樹脂層１１０のヒドロキシル基にカップリング剤を反応させることができる（Ｓ１４０）。前記反応工程を行う段階は、上述の表面にヒドロキシル基が形成された樹脂層１１０に対してイミダゾールを有するシラン系カップリング剤を縮合反応させてなることができる。これにより、図５ｃに示されたように、樹脂層１１０上にシラン系カップリング剤が形成されて、表面が改質されることができる。
図４および図５ｄを参照すると、樹脂層１１０に金属層１２０を形成することができる（Ｓ１５０）。前記金属層１２０を形成する段階は、前記樹脂層１１０に無電解めっき工程または電解めっき工程を施して銅などの金属からなる回路パターンを形成することで行われることができる。この際、前記金属層１２０は、前記樹脂層１１０に形成されたカップリング剤が前記樹脂層１１０と前記金属層１２０との間の化学的カップリング効果を奏するようにして、前記樹脂層１１０に対する前記金属回路パターンの接合力を向上することができる。次に、前記樹脂層１１０上に他の樹脂層１１０をさらに積層して、改質層１３０により高い接合力で互いに接合された樹脂層１１０と金属層１２０を有する回路基板１００を製造することができる。
上述のように、本発明の実施形態による金属‐樹脂接合構造物１００の製造方法は、プラズマ処理により表面にヒドロキシル基が形成された樹脂層１１０に化１のシランベース系カップリング剤を用いる縮合反応によって樹脂層１１０の表面を改質した後、前記樹脂層１１０上に金属層１２０を形成することができる。この場合、別のプライマー層を提供するか表面粗さを形成して接合力を高める場合に対し、表面改質だけで樹脂層１１０と金属層１２０との間の高い接合力を提供することができ、最近、微細化および精密化している樹脂層と金属層との間の接合構造が適用される基板技術に適用されることができる。これにより、本発明に係る金属‐樹脂接合構造物の製造方法は、樹脂層に表面改質処理を施すだけで樹脂層と金属層との間の接合力を高めることができ、別のプライマー層を備えるか樹脂層または金属層に表面粗さを形成して接合力を高める技術に対し、別の接合層やケミカル工程がなくても高い接合力を具現することができ、高い接合力を有する金属‐樹脂接合構造物を製造することができる。
以上の詳細な説明は本発明を例示するものである。また、上述の内容は本発明の好ましい実施形態を示して説明するものに過ぎず、本発明は、本明細書に開示された発明の概念の範囲、述べた開示内容と均等な範囲及び／または当業界の技術または知識の範囲内で変更または修正が可能である。上述の実施形態は本発明を実施するにおいて最善の状態を説明するためのものであり、本発明のような他の発明を用いるにおいて当業界に公知された他の状態での実施、そして発明の具体的な適用分野及び用途で要求される多様な変更も可能である。従って、以上の発明の詳細な説明は開示された実施状態に本発明を制限しようとする意図ではない。また、添付された請求範囲は他の実施状態も含むと解釈されるべきであろう。
Claims (12)
- 樹脂層と、
前記樹脂層に接合された金属層と、
前記樹脂層と前記金属層との接合面に形成され、前記樹脂層と前記金属層との間の接合力を提供するために下記化１で表される物質を含有する改質層と、を含む、金属‐樹脂接合構造物。
- 前記改質層は、前記樹脂層に表面改質処理を施してなる、請求項１に記載の金属‐樹脂接合構造物。
- 前記化１で表される物質は、下記化２で表される物質と化３で表される物質とを反応させて合成される、請求項１又は２に記載の金属‐樹脂接合構造物。
- 前記樹脂層は、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、イミド樹脂、およびウレタン樹脂のうち少なくともいずれか一つの材質を含む、請求項１から３のいずれか一項に記載の金属‐樹脂接合構造物。
- 前記金属‐樹脂接合構造物は、印刷回路基板を製造するために使用され、
前記金属層は、前記印刷回路基板の回路パターンである、請求項１から４のいずれか一項に記載の金属‐樹脂接合構造物。 - 前記金属層は、前記樹脂層にめっき工程を施してなるめっきパターンを含む、請求項１から５のいずれか一項に記載の金属‐樹脂接合構造物。
- 請求項１から６のいずれか一項に記載の金属‐樹脂接合構造物を有する、回路基板。
- 請求項１から６のいずれか一項に記載の金属‐樹脂接合構造物を有する、銅張積層板。
- 樹脂層の表面にヒドロキシル基を形成する段階と、
樹脂層を準備する段階、
前記樹脂層に対して下記化１のカップリング剤を反応させて、前記樹脂層の表面を改質する段階と、
前記樹脂層に対して金属層を形成する段階と、を含む、金属‐樹脂接合構造物の製造方法。
- 前記化１で表される物質は、下記化２で表される物質と化３で表される物質とを反応させて合成される、請求項９に記載の金属‐樹脂接合構造物の製造方法。
- 前記ヒドロキシル基を形成する段階は、前記樹脂層の表面をプラズマで処理する段階を含む、請求項９又は１０に記載の金属‐樹脂接合構造物の製造方法。
- 前記樹脂層を準備する段階は、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、イミド樹脂、またウレタン樹脂のうち少なくともいずれか一つを含む複合材をキャスティング（ｃａｓｔｉｎｇ）して絶縁フィルムを製造する段階を含む、請求項９から１１のいずれか一項に記載の金属‐樹脂接合構造物の製造方法。
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