KR100401340B1 - Ｐｃｂ용 전해동박의 표면처리방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 PCB용 전해동박의 표면처리방법에 따르면, 종래의 조면화 처리, 이종금속 도금, 극성폴리머 도포공정에 플라즈마 처리공정을 부가하거나 대체하여 전해동박과 폴리머 수지와의 접착력을 증가시킬 수 있다. 즉, 플라즈마 처리는 표면에 요철을 형성하여 기계적 접착력을 증가시키고, 표면의 화학적 성질을 변화시켜 화학적 접착력을 증가시킬 수 있다. 특히, 종래의 극성폴리머 도포공정을 플라즈마 처리공정으로 대체함으로써 블리스터나 버블과 같은 결함의 발생을 방지할 수 있다.

Description

ＰＣＢ용 전해동박의 표면처리방법 {The surface treatment of electrodeposited copper foil for Printed Circuit Board}

본 발명은 PCB용 전해동박의 표면처리방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 종래의 표면처리 공정에 플라즈마처리 공정을 부가하거나 대체함으로써, 동박과 폴리머 수지와의 접착력을 증가시키고 블리스터나 버블과 같은 결함의 발생을 방지하는 표면처리방법에 관한 것이다.

PCB(Printed Circuit Board)는 여러 종류의 많은 부품을 페놀 수지 또는 에폭시수지로 된 평판위에 밀집탑재하고 각 부품간을 연결하는 회로를 수지평판의 표면에 밀집단축하여 고정시킨 인쇄회로기판을 말한다. PCB는 페놀수지 절연판 또는 에폭시수지 절연판 등의 한쪽면에 구리 등의 박판을 부착시킨 다음 회로의 배선패턴에 따라 식각(선상의 회로만 남기고 부식시켜 제거함)하여 필요한 회로를 구성하고 부품들을 부착 탑재시키기 위한 홀을 뚫어 만든다.

배선회로면의 수에 따라 단면기판·양면기판·다층기판 등으로 분류되며 층수가 많을수록 부품의 실장력이 우수하여 고정밀제품에 채용된다. 단면PCB는 주로 페놀원판을 기판으로 사용하며 라디오·전화기·간단한 계측기등 회로구성이 비교적 복잡하지 않은 제품에 채용된다. 양면PCB는 주로 에폭시 수지로 만든 원판을 사용하며 컬러TV·VTR·팩시밀리 등 비교적 회로가 복잡한 제품에 사용된다. 이 밖에 다층PCB는 32비트 이상의 컴퓨터· 전자교환기·고성능 통신기기 등 고정밀기기에 채용된다. 또 자동화기기·캠코더 등 회로판이 움직여야 하는 경우와 부품의 삽입구성시 회로기판의 굴곡을 요하는 경우에 유연성있게 대응할 수 있도록 만든 유연성기판(Flexible PCB)이 사용된다.

최근 통신기기 및 가전제품의 소형화 및 박형화에 따라서 기판 회로로 사용되는 PCB 기판도 집적도를 높이기 위하여 다층화 및 박막화되어가는 추세이다. 이와 같이 기판이 다층화됨에 따라 동박과 폴리머 수지의 접합부에 반복적인 열충격이 가해지게 되어, 폴리머 수지와의 접착력이 우수한 동박이 필요하게 되었다. 이러한 접착력을 증가시키는 방법으로 종래에는 다음과 같은 방법들이 사용되어 왔다.

1. 조면화 처리 (Roughening process)

조면화 처리란 동박의 표면에 전해도금을 이용하여 노듈(nodule)을 형성하여 동박과 폴리머 수지와의 기계적 접착력을 증가하기 위한 공정이다. 이러한 노듈은 동박의 표면에 요철을 형성하여 표면 조도를 증가시켜주며, 결과적으로 동박과 폴리머 수지의 분리를 억제시켜주는 역할을 한다.

2. 이종금속 도금

조면화 처리가 완료된 동박의 표면에 이종금속을 입히는 방법은 구리가 폴리머 수지와 직접 닿아서 발생하게되는 접합부의 퇴화 현상을 억제하기 위함이다. 이를 억제하기 위하여 종래에 사용하여 왔던 이종금속들로서는 아연, 크롬, 황동, 니켈, 코발트, 몰리브덴, 텅스텐, 주석, 철 등이 있으며, 합금계로서 이들 중 2개 이상의 금속들을 동시에 입힐 수 있다. 이러한 이종 금속 및 합금을 동박 위에 입히는 방법으로서는 주로 전해도금법이 사용되어 왔다.

3. 극성폴리머 도포

동박과 접합될 수지와의 접착력을 증가시킬 목적으로 동박 위에 극성폴리머를 도포한다. 극성폴리머는 통상 수용성 매질에 녹여 도포한 후 고온에서 가교시켜 사용한다. 이러한 극성폴리머 도포는 조면화 처리를 통해서 향상된 기계적 접합특성 외에 화학적인 접착력을 부가할 수 있다.

그러나, 이 세가지 공정에 의해서는 접착력을 증가시키는데 한계가 있고, 특히 극성폴리머 도포는 고온에서 동박과 폴리머 수지를 접착시키는 공정에서 블리스터나 버블 등의 결함을 가져올 수 있다. 이는 극성폴리머에 포함되어 있는 유기물 성분들이 제공하는 수분이 증기화 하면서 내부에 압력을 가하기 때문이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 상기한 종래기술에 플라즈마 처리공정을 부가 또는 대체함으로써 동박과 폴리머 수지와의 접착력을 향상시킬 수 있는 PCB용 동박의 표면처리방법을 제공하는데 그 목적이 있다. 바람직하게는, 플라즈마 처리공정으로 극성폴리머 도포공정을 대체함으로써 고온에서 동박과 폴리머 수지를 접착시키는 공정에서 발생하는 블리스터나 버블과 같은 결함을 방지하는데 그 목적이 있다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전해동박의 표면처리공정을 도시하는 도면.

도 2는 본 발명에 따른 플라즈마 장치을 나타내는 도면.

도 3a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전해동박의 표면처리공정이 수행되는 과정을 나타내는 흐름도.

도 3b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전해동박의 단면도.

도 4a는 본 발명의 제2 실시예에 따른 전해동박의 표면처리공정이 수행되는 과정을 나타내는 흐름도.

도 4b는 본 발명의 제2 실시예에 따른 전해동박의 단면도.

도 5a는 본 발명의 제3 실시예에 따른 전해동박의 표면처리공정이 수행되는 과정을 나타내는 흐름도.

도 5b는 본 발명의 제3 실시예에 따른 전해동박의 단면도.

<도면의 주요 참조부호에 대한 설명>

10 : 동박 20 : 조면화 처리조

30 : 이종금속 도금처리조 40 : 극성폴리머 도포처리조

50 : 플라즈마 처리조 60 : 진공 체임버(vacuum chamber)

100 : 동박 중심층 110 : 노듈(nodule)

120 : 배리어(barrier)층 130 : 극성폴리머층

140 : 플라즈마 처리층

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 PCB용 전해동박의 표면처리방법은, 동박의 표면에 노듈을 형성시키는 단계; 상기 노듈에 이종금속을 도금시키는 단계; 상기 이종금속에 극성폴리머를 도포시키는 단계; 및 상기 극성폴리머에 플라즈마 처리를 하는 단계를 포함한다. 바람직하게는, 상기 플라즈마 처리를 하는 단계는 상기 극성폴리머를 도포시키는 단계 또는 상기 노듈을 형성시키는 단계를 대체할 수 있다. 더욱 바람직하게는, 상기 플라즈마 처리를 하는 단계는 상온과 상압에서 이루어질 수 있다.

상기와 같은 본 발명의 PCB용 전해동박의 표면처리방법에 따르면, 동박 표면에 요철을 형성하고 표면의 화학적 성질을 변화시켜 폴리머 수지와의 기계적 및 화학적 접착력을 증가시킬 수 있다.

이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대처할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전해동박의 표면처리공정을 나타내는 도면이다.

동박(10)은 폴리머 수지와의 접착력을 증가시키기 위해 종래의 표면처리공정에 따라 조면화 처리조(20), 이종금속 도금처리조(30), 극성폴리머 도포처리조(40)를 통과한 후, 본 발명에 따른 플라즈마 처리를 위해 플라즈마 처리조(50)를 통과한다. 상기 플라즈마 처리조(50)에는 주입 가스를 플라즈마 상태로 만들어 주는 진공 체임버(vacuum chamber, 60)가 포함된다.

비록 본 실시예에서 본 발명에 따른 플라즈마 처리공정이 종래의 세가지 공정에 부가되는 것으로 예시되어 있으나 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니며, 다른 대안으로서, 플라즈마 처리공정은 상기 극성폴리머 도포공정을 대체할 수 있다. 더욱 바람직하게는, 플라즈마 처리공정은 상기 조면화 처리공정을 대체할 수도 있다.

도 2는 본 발명에 따른 플라즈마 장치를 나타내는 도면이다.

플라즈마(plasma)는 이온과 전자로 된 완전히 또는 일부 이온화한 가스라고 정의할 수 있다. 가스에 충분한 크기의 전계(電界)를 작용시키면 가스가 분해하여 이온과 전자로 이온화할 때 플라즈마가 형성된다. 자유전자가 플라즈마의 발생을개시시키는데 자유전자는 음(陰)으로 바이어스된 전극(electrode, 70)에서 튀어나와서 생긴다. 이러한 자유전자는 운동에너지를 얻게 되며 가스를 통과할 때 가스분자 또는 원자와 충돌하면서 에너지를 잃게 된다. 충돌에 의해서 발생한 에너지가 가스분자 또는 원자를 이온화시킨다. 차례로 방출된 전자는 작용전계에서 운동에너지를 얻게 되며 이러한 과정은 계속하여 반복된다. 따라서 진공 체임버(60)의 전극사이의 작용전압이 방전전위(breakdown potential)에 도달할 때 지속적인 플라즈마가 생성된다. 플라즈마 장치는 진공(수 ㎜ Torr ~ 수 Torr)에서 균일하고 안정된 플라즈마 방전을 형성한다. 바람직하게는, 상온 및 상압에서 플라즈마 방전을 형성하는 장치를 사용할 수 있다. 즉, 특수한 방전시스템을 이용하여 플라즈마 생성을 상온에서 150℃ 까지의 낮은 온도에서 구현할 수 있다. 플라즈마를 생성하는데 사용되는 가스들로서는 질소, 산소, 암모니아, 매탄, 에틸렌 등이 있다.

본 발명에 따른 플라즈마 장치는 전원장치(80)에 의해 1 ~ 100KV의 전압이 걸리고, 이에 의해 진공 체임버(60)는 양극, 동박(10)은 음극으로 각각 대전된다. 진공 체임버(60) 내에 주입된 가스들은 보조전원(90)에 연결된 전극(70)에서 튀어나온 전자와 충돌하여 플라즈마 상태로 된다. 동박(10)이 진공 체임버(60) 내를 통과하는 동안 플라즈마 양이온들은 전위차에 의해 음극의 동박(10) 표면으로 침투해 들어간다.

이러한 플라즈마 처리는 다른 방식에 비해 질량전달(mass transfer)이 우수하기 때문에 동박의 표면 구조에 크게 영향을 받지않고 균일하게 침투시킬 수 있다. 이렇게 처리된 동박의 표면은 잘 마모되지 않으며 견고한 표면 구조를 가지게된다. 또한 금속표면을 친수성(親水性)과 소수성(疏水性)으로 자유롭게 바꿀 수 있어 수지 접착전의 동박표면의 잔류습기를 용이하게 조절할 수 있고, 부식이 심한 환경에서도 잘 견디는 특성을 갖는다.

도 3a 및 도 3b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 표면처리공정의 흐름도와 이에 따른 전해동박의 단면을 나타낸다.

본 실시예에 있어서, 동박은 종래의 표면처리공정인 조면화 처리(S100), 이종금속 도금(S110), 극성폴리머 도포(S120)의 세가지 공정을 모두 거친 후에 플라즈마 처리(S130)를 한다.

조면화 처리(S100)에 의해 노듈(110)이 동박 중심층(100) 위에 형성된다. 이 노듈(110)은 동박 표면의 조도을 증가시켜 풀리머 수지와의 기계적 접착력을 증가시켜준다. 이종금속 도금처리(S110)에 의해 배리어층(120)이 상기 노듈(110) 위에 형성된다. 이 배리어층(120)은 동박이 폴리머 수지에 직접 닿아서 발생하는 접합부의 퇴화현상을 억제시켜준다. 극성폴리머 도포처리(S120)에 의해 극성폴리머층(130)이 상기 배리어층(120) 위에 형성된다. 이 폴리머층(130)은 동박과 접합될 폴리머 수지와의 화학적 접착력을 증가시켜준다.

본 발명에 따른 플라즈마 처리(S130)에 의해서는 플라즈마 처리층(140)이 상기 폴리머층(130) 위에 형성된다. 이 플라즈마 처리층(140)은 표면에 요철을 형성하여 기계적 접착력을 증가시킬뿐만 아니라, 표면의 화학적 성질을 변화시켜 화학적 접착력을 증가시켜준다.

도 4a 및 도 4b는 본 발명의 제2 실시예에 따른 표면처리공정 흐름도와 이에따른 전해동박의 단면을 나타낸다.

본 실시예에 있어서, 종래의 극성폴리머 도포(S120) 공정은 본 발명에 따른 플라즈마 처리(S130) 공정으로 대체된다. 극성폴리머 도포(S120)는 동박의 화학적 접착력을 증가시켜주기는 하나 고온에서 이루어지는 동박과 폴리머 수지와의 접합과정에서 블리스터나 버블과 같은 결함을 발생시킬 수 있다. 따라서, 플라즈마 처리(S130) 공정으로 극성폴리머 도포(S120) 공정을 대체함으로써 동박과 폴리머 수지와 접착력을 증가시킬 뿐만 아니라, 블리스터나 버블과 같은 결함의 발생을 방지하여 우수한 접합특성을 얻을 수 있다.

종래의 극성폴리머 도포처리(S120)로 표면처리를 완료한 동박과 플라즈마 처리(S130)로 대체하여 완료한 동박의 접합강도를 비교하면 다음과 같다.

표면처리공정	접합강도
극성폴리머 도포	1.0 ~ 1.8 kg/cm
플라즈마 처리	1.6 ~ 2.5 kg/cm

도 5a 및 도 5b는 본 발명의 제3 실시예에 따른 표면처리공정 흐름도와 이에 따른 전해동박의 단면을 나타낸다.

본 실시예에 있어서, 종래의 조면화 처리(S100) 공정은 본 발명에 따른 플라즈마 처리(S130) 공정으로 대체된다. 따라서, 플라즈마 처리(S130) 후에 이종금속 도금(S110) 및 극성폴리머 도포(S120) 처리를 함으로써 표면처리가 완료된다. 이와 같이, 종래의 조면화 처리(S100) 대신 플라즈마 처리(S130)를 하면 더 미세한 요철을 표면에 형성시켜 기계적 접착력을 증가시킬 수 있다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

본 발명에 따른 PCB용 표면처리방법에 따르면, 종래의 조면화 처리, 이종금속 도금, 극성폴리머 도포공정에 플라즈마 처리공정을 부가하거나 대체하여 전해동박과 폴리머 수지 사이의 접착력을 증가시킬 수 있다. 특히, 종래의 극성폴리머 도포공정을 플라즈마 처리공정으로 대체함으로써 접착력 향상은 물론 블리스터나 버블과 같은 결함의 발생을 방지할 수 있다.

Claims (7)

1. 동박의 표면에 노듈을 형성시키는 단계;

   상기 노듈 위에 이종금속을 도금시키는 단계;

   상기 이종금속 위에 극성폴리머를 도포시키는 단계; 및

   상기 극성폴리머에 플라즈마 처리를 하는 단계를 포함하는 PCB용 전해동박의 표면처리방법.
2. 동박의 표면에 노듈을 형성시키는 단계;

   상기 노듈 위에 이종금속을 도금시키는 단계; 및

   상기 이종금속에 플라즈마 처리를 하는 단계를 포함하는 PCB용 전해동박의 표면처리방법.
3. 동박의 표면에 플라즈마 처리를 하는 단계;

   상기 플라즈마 처리를 한 동박의 표면에 이종금속을 도금시키는 단계; 및

   상기 이종금속 위에 극성폴리머를 도포시키는 단계를 포함하는 PCB용 전해동박의 표면처리방법.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 플라즈마 처리 단계는 상온과 상압에서 이루어지는 것을 특징으로 하는표면처리방법.
5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 플라즈마 처리 단계는 상기 동박의 기계적 접착력을 증가시키기 위해 동박 표면에 요철을 형성시키는 것을 특징으로 하는 표면처리방법.
6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 플라즈마 처리 단계는 상기 동박의 화학적 접착력을 증가시키기 위해 동박 표면의 화학적 성질을 변화시키는 것을 특징으로 하는 표면처리방법.
7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 플라즈마 처리 단계는 상기 동박의 기계적 및 화학적 접착력시키기 위해 동박 표면에 요철을 형성하고 표면의 화학적 성질을 변화시키는 것을 특징으로 하는 표면처리방법.