KR100642201B1 - 연성회로기판의 제조방법 - Google Patents

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정윤모
정우성
문창성
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Abstract

습식도금을 이용한 연성회로기판의 제조방법에 관한 것으로, 폴리이미드 필름과 마그네트론 스퍼터링장치를 구비한 연성회로기판의 제조방법에 있어서, (a) 폴리이미드 필름의 표면에 마그네트론 스퍼터링장치에 의해 고에너지의 이온과 타겟 금속 이온을 충돌침입시켜 고에너지의 이온에 의해 가교층을 형성하는 단계, (b) 상기 (a)단계에서 형성된 가교층에 충돌침입되는 금속 이온에 의해 동 박막을 형성하는 단계와 (c) 상기 (b)단계에서 형성된 동 박막 상에 습식도금법을 이용하여 동 후막을 증착하는 단계를 포함하여 이루어진 구성을 마련한다.
상기와 같은 연성회로기판의 제조방법을 이용하는 것에 의해, 폴리이미드 필름과 금속 박막층과의 사이의 접착성을 동종의 금속 씨드(seed) 층을 마그네트론 스퍼터링법을 이용하여 증착하여 향상시킴으로써, 10㎛ 두께 이상의 습식도금법을 이용한 연성동박적층 필름 제조시 공정 단순화를 통한 경제적 효과가 얻어진다.
금속, 스퍼터링, 중성입자, 타겟, 연성

Description

연성회로기판의 제조방법{method for manufacturing flexible printed circuit boards}
도1은 본 발명에 따른 연성회로기판의 제조방법이 적용되는 마그네트론 스퍼터링장치의 일예를 나타낸 도면,
도2는 본 발명에 따른 연성회로기판의 제조방법에 따라 증착된 연성동박적층필름의 단면을 나타낸 도면,
도3a 및 도3b는 도2의 에칭후 단면을 나타낸 도면.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10 : 진공챔버 11 : 마그네트론 증착원
12 : 타겟 13 : 애노드
14 : 제1 그리드 15 : 제2 그리드
16 : 기판
20 : 제1 전원장치(PS1) 30 : 제2 전원장치(PS2)
40 : 저항 50 : 진공펌프
본 발명은 연성회로기판(flexible printed circuit boards)에 관한 것으로, 특히 습식도금을 이용한 연성회로기판의 제조방법에 관한 것이다.
연성회로기판은 가요성을 가지는 플라스틱 필름과 그 표면에 적층되는 동 등의 금속막을 증착한 금속박막 적층판(동박적층필름)에 포토리쏘그라피(photo-lithography)나 에칭(etching) 기술 등을 적용하여 상기 금속박층을 소정 패턴(pattern)의 도체회로에 가공한 것이다.
이러한 연성 동박적층필름의 제조 방법으로, 폴리이미드 필름과 같은 플라스틱 필름의 표면에 접착제를 이용하여 일정 두께의 압연 동박이나 전해 동박 등을 열압착하여 접합하는 방법과 얇은 동박막 위에 폴리이미드와 같은 열강화성 수지를 적당한 유기 용매에 용해한 수지 용액을 얇게 도포한 후 용매를 휘발시키는 것과 동시에 열강화성 수지를 열경화하여 성막하는 방법이 있다.
이러한 경우 접착제의 열적 성능이 폴리머 필름의 성능에 뒤떨어질 뿐만 아니라 동박층의 막두께가 10㎛ 이상으로 두껍기 때문에 폭이 10㎛ 이하의 미세 가공이 곤란한 단점으로 인하여 반도체 산업에 있어서 고밀도 배선에 대응할 수 없다.
또한 치수 안정성 및 제품의 굴곡성에 있어서 취약점을 보이고 있다.
상기의 문제를 해결하기 위하여, 최근에는 플라스틱 필름의 위에 도체 회로에 증착할 금속을 스퍼터링(sputtering)법을 이용하여 직접 씨드(seed)층으로서 성막하거나 그 사이에 이종의 금속 박막을 스퍼터링법으로 증착하는 방법이 행해지고 있다.
이러한 방법의 경우, 동박의 두께가 1㎛ 이하로 얇기 때문에 폭수 10㎛ 이하 의 미세가공이 가능하고, 형성된 회로 패턴상에 전해 도금 및 건식 도금에 의하여 동 후막을 형성하여 미세 가동된 도전층을 형성할 수 있다.
그러나, 전해 도금과 같은 습식 도금을 이용하여 후막을 증착할 경우, 전해액과의 반응 등으로 인하여 폴리이미드와 금속 박막과의 밀착력 저하를 막기 위하여 크롬, 니켈, 티타늄 또는 이들 재료와 동과의 합금 등을 사용하는데, 이러한 이종의 재료는 에칭시 에칭거동이 상이하여 문제를 야기할 수 있다.
또한 이러한 적층필름의 경우는 동박막의 두께가 수 ㎛ 정도로 얇기 때문에 핀 홀(pin hole)이 존재할 가능성이 있어서, 그 결과 회로 기판이 고온하의 대기 중에 노출되는 때에는 이 핀 홀로부터 플라스틱 필름과 동 박막의 밀착 계면까지 산소가 침입하고, 계면에서 산화반응을 야기할 수 있다.
또한, 150℃ 정도의 고온하에 장기간 방치해 둔다면 플라스틱 필름과 금속 얇은 막과의 사이의 밀착 강도가 대폭적으로 저하되어 버리고, 박막과 필름이 박리되는 현상이 발생하는 단점이 있었다.
본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 폴리이미드 필름과 금속 박막층과 동종의 금속층 씨드(seed)층을 마그네트론 스퍼터링법을 이용하여 증착하여 상호간의 접착성을 향상시킨 후, 건식도금으로 이루기 힘든 10㎛ 이상의 후막을 습식도금을 통하여 성막시킴으로써, 고효율 연성 동박적층 필름을 제조하도록 한 연성회로기판의 제조방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 연성회로기판의 제조방법은 폴리이미드 필름과 마그네트론 스퍼터링장치를 구비한 연성회로기판의 제조방법에 있어서, (a) 상기 폴리이미드 필름의 표면에 상기 마그네트론 스퍼터링장치에 의해 고에너지의 이온과 타겟 금속 이온을 충돌침입시켜 상기 고에너지의 이온에 의해 가교층을 형성하는 단계, (b) 상기 (a)단계에서 형성된 가교층에 충돌침입되는 금속 이온에 의해 동 박막을 형성하는 단계와 (c) 상기 (b)단계에서 형성된 동 박막 상에 습식도금법을 이용하여 동 후막을 증착하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명에 따른 연성회로기판의 제조방법에 있어서, 상기 (a)단계는 상기 폴리이미드 필름의 표면에 상기 마그네트론 스퍼터링장치에 의해 고에너지 이온 충돌침입과 동시에 발생하는 버큠 울트라 바이올렛(vacuum ultra violet) 영역의 빛에 의해 발생되는 가교현상에 따라 가교층을 형성하는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명에 따른 연성회로기판의 제조방법에 있어서, 상기 (b)단계는 상기 (a)단계에서 형성된 가교층에 충돌침입된 금속 이온을 바탕으로 발생되는 핵생성에 의해 금속 박막을 형성하는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명에 따른 연성회로기판의 제조방법에 있어서, (d) 상기 (b)단계에서 금속 박막 형성후 상기 폴리이미드 필름의 반대 표면에 습기와 산소의 투과를 방지하기 위해 산화물과 질화물로 투습 및 산소 투과 방지 박막을 증착하는 단계를 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명에 따른 연성회로기판의 제조방법에 있어서, (d) 상기 (c)단계에서 금속 후막 형성전 상기 폴리이미드 필름의 표면에 산세, 탈지 등의 습식 전처리습기 및 상압 플라즈마 등을 이용한 건식 전처리를 통하여 세정 공정을 행한 후 습식도금을 이용하여 금속 후막을 증착하는 단계를 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 및 그밖의 목적과 새로운 특징은 본 명세서의 기술 및 첨부 도면에 의해 더욱 명확하게 될 것이다.
이하, 본 발명의 구성을 도면에 따라서 설명한다.
또한, 본 발명의 설명에 있어서는 동일 부분은 동일 부호를 붙이고, 그 반복 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명에 따른 연성회로기판의 제조방법이 적용되는 마그네트론 스퍼터링장치의 일예를 나타낸 도면으로서, 진공챔버(10)내에 설치 구성되는 타겟(12)이 장착된 마그네트론 증착원(11), 애노드(13), 제1 및 제2 그리드(14)(15), 기판(16)을 포함하여 구성되고, 상기 진공챔버(10)의 외부로부터 타겟(12)에 인가되는 제1 전원장치(PS1)(20) 및 상기 제1 그리드(14)에 포텐셜(potential)을 유도하는 제2 전원장치(PS2)(30)를 포함하여 구성된다.
상기 타겟(12)은 이온 입자 방출을 위하여 음극 또는 RF 전극으로 인가되고, 상기 기판(16)은 타겟(12)의 전방에 설치 고정되어 타겟(12)으로부터 방출된 이온 입자가 증착된다.
상기 영구자석은 상기 타겟(12)의 후방에 설치되어 자기장을 인가하게 된다.
상기 타겟(12)과 제1 그리드(14) 사이의 위치에 설치되는 상기 애노드(13)에 상기 제1 전원장치(PS1)(20)의 양극을 인가함으로서 방전전압을 낮출 수 있게 한다.
상기 제1 및 제2 그리드(14)(15) 사이에 세라믹이 사용되어 간격 유지 및 절연이 이루어지고, 전극간의 간격은 최적의 이온 인출을 위하여 거리를 조정할 수 있으며, 상기 제1 및 제2 그리드(14)(15)의 형상은 목적에 맞게 변형이 가능하고, 같은 형상을 가져야 한다.
상기 제1 및 제2 그리드(14)(15)에 각각 전압을 인가하고 기판(16)에는 별도의 바이어스를 인가하지 않는다.
상기 제1 그리드(14)에는 피드스루(feedthrough) 전극을 장입연결하여 전압을 인가하고, 상기 제2 그리드(15)는 상기 진공챔버(10)에 접지되어, 상기 제1 및 제2 그리드(14)(15)의 전압차에 의하여 이온 입자를 상기 기판(16)측으로 이동시킬 수 있다.
상기 방전을 위한 제1 전원장치(PS1)(20)는 상기 타겟(12)에 음극을 연결하고, 상기 애노드(13)에는 양극을 연결하며, 상기 이온 인출에 사용되는 제2 전원장치(PS2)(30)는 상기 진공챔버(10)에 음극을 연결하여 접지하고 상기 제2 그리드(15)와 전압차가 발생하게 되고, 이러한 전압차에 의해 이온이 인출된다.
상기 타겟(12)과 제1 그리드(14)에 연결되는 음극은 그 사이에 저항(40)이 연결되어 상기 타겟(12)과 제1 그리드(14) 사이에 전압 강하가 발생되도록 하여 더 높은 이온의 가속과 전자의 에너지 증가로 높은 플라즈마 밀도가 발생되도록 하여 양질의 이온을 인출할 수 있도록 한다.
도 2는 본 발명에 따른 연성회로기판의 제조방법에 따라 증착된 연성동박적층필름의 단면을 나타낸 도면이고, 도 3은 도 2의 에칭후 단면을 나타낸 도면이다.
이와 같이 구성된 본 발명에 따른 연성회로기판의 제조방법에 대하여 첨부한 도 1 내지 도 3a 및 도 3b를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 마그네트론 스퍼터링장치내에 기판(16)으로 폴리이미드 필름을 설치한 후 타겟(12)에 마그네트론 스퍼터링법에 의해 상기 폴리이미드 필름에 증착하고자 하는 금속(동)을 설치하게 되고, 상기 타겟(12)의 후방에는 영구자석이 설치되게 된다.
이어서, 진공펌프(50)를 이용하여 마그네트론 스퍼터링장치의 진공챔버(10)내를 진공상태로 만든 후 스퍼터링 가스(예를 들어, 아르곤 가스)를 주입하게 된다.
아울러 제1 전원장치(PS1)(20)의 음극을 상기 타겟(12)과 연결하고, 양극을 상기 애노드(13)에 결하며, 제2 전원장치(PS2)(30)의 음극을 진공챔버(10)에 연결하여 접지하고, 양극을 제2 그리드(15)에 연결하며, 제1 전원장치(PS1)(20)의 음극과 제2 전원장치(PS2)(30)의 양극 사이에 저항(40)을 연결한 후 제1 및 제2 전원장치(PS1)(PS2)(20)(30)로부터 전원을 인가하게 된다.
그러면, 타겟(12)은 상기 제1 및 제2 전원공급장치(PS1)(PS2)(20)(30)로부터 인가되는 전원에 따른 상기 저항(40)의 전압강하에 의해 양질의 이온을 방출하게 되며, 상기 방출된 이온이 상기 스퍼터링 가스와 반응하여 상기 스퍼터링 가스를 이온화시키게 게 된다.
이렇게 이온화된 스퍼터링 가스는 상기 타겟(11)의 후방에 설치된 영구자석에서 발생되는 자계에 의해 집진되어 애노드(13)와 제1 그리드(14) 사이에 플라즈마 영역(P)을 형성하게 된다.
또한 이온화된 스퍼터링 가스는 상기 음극인 타겟(12)으로 끌려서 충돌하게 되는데, 이때 타겟(12)으로부터 방출된 이온과 타겟 금속 이온들은 제1 및 제2 그리드(14)(15)와 기판(16)과의 전압차에 의해 기판(16)인 폴리이미드 필름 표면에 충돌 침입하게 된다.
상기 타겟(12)으로부터 방출된 이온과 타겟 금속 이온에 의한 폴로이미드 필름 표면의 충돌침입과 동시에 플라즈마 내에 발생하는 200 나노미터 파장 이하의 버큠 울트라 바이올렛(vacuum ultra violet) 영역의 빛에 의해 가교(cross-linking) 현상이 발생되어 상기 기판(16)인 폴리이미드 필름 상에 가교층(110)이 형성되게 된다.
그리고, 상기 가교층(110)에 이온과 함께 충돌침입된 타겟 금속 이온들을 바탕으로 핵생성이 발생하여 상기 가교층(110) 상에 금속(동) 박막(120)이 형성되게 된다.
이후 상기 금속 박막 형성후 상기 기판(16)인 폴리이미드 필름의 반대 표면 에 습기와 산소의 투과를 방지하기 위해 산화물과 질화물로 투습 및 산소 투과 방지 박막(140)을 증착하게 된다.
상기와 같은 마그네트론 스퍼터링법을 이용하여 금속 박막(120)과 투과 방지 박막(140)이 양쪽으로 증착된 기판의 금속박막 표면에 습식도금을 이용하여 10㎛ 이상의 금속 후막(130)을 형성하게 된다.
이후 탈지, 산세 등의 전처리와 상압 플라즈마를 이용한 전처리 등을 이용하여 상기 금속 박막이 증착된 표면을 세정을 하고 습식 도금법을 이용하여 10㎛ 이상의 후막을 코팅하여 완성한다.
한편, 도 3a는 폴리이미드 필름을 기판(16)으로 사용하였으며, 증착조건은 먼저 2× 10-5 토르(torr)까지 배기한 후, 아르곤 가스를 주입하여 진공도를 3 × 10-3 토르(torr)로 유지하고, 타겟(12)에 12W/cm2 를 인가하며, 제1 그리드(14)는 음극을, 제2 그리드(15)는 바이어스를 200V 이상 인가한 후 동 박막을 10㎚에서 1㎛까지 증착한 후, 탈지 산세 등의 습식 전처리 또는 상압 플라즈마를 이용한 건식 전처리 공정을 통하여 세정한 거쳐서 전해도금과 같은 습식 도금법으로 10㎛에서 30㎛ 사이로 동 후막을 증착하여 연성 동박 적층 필름을 완성한 것을 나타낸다.
이러한 연성동박적층 필름의 구조는 도 3b의 에칭단면에 잘 나타나고 있다.
이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 연성회로기판의 제조방법에 의하면, 폴리이미드 필름과 금속 박막층과의 사이의 접착성을 동종의 금속 씨드(seed) 층을 마그네트론 스퍼터링법을 이용하여 증착하여 향상시킴으로써, 10㎛ 두께 이상의 습식도금법을 이용한 연성동박적층 필름 제조시 공정 단순화를 통한 경제적 효과가 얻어진다.

Claims (5)

  1. 폴리이미드 필름과 마그네트론 스퍼터링장치를 구비한 연성회로기판의 제조방법에 있어서,
    (a) 상기 폴리이미드 필름의 표면에 상기 마그네트론 스퍼터링장치에 의해 고에너지의 이온과 타겟 금속 이온을 충돌침입시켜 상기 고에너지의 이온에 의해 가교층을 형성하는 단계,
    (b) 상기 (a)단계에서 형성된 가교층에 충돌침입되는 금속 이온에 의해 동 박막을 형성하는 단계와
    (c) 상기 (b)단계에서 형성된 동 박막 상에 습식도금법을 이용하여 동 후막을 증착하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 연성회로기판의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 (a)단계는 상기 폴리이미드 필름의 표면에 상기 마그네트론 스퍼터링장치에 의해 고에너지 이온 충돌침입과 동시에 발생하는 버큠 울트라 바이올렛(vacuum ultra violet) 영역의 빛에 의해 발생되는 가교현상에 따라 가교층을 형성하는 것을 특징으로 하는 연성회로기판의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 (b)단계는 상기 (a)단계에서 형성된 가교층에 충돌침입된 금속 이온을 바탕으로 발생되는 핵생성에 의해 금속 박막을 형성하는 것을 특징으로 하는 연성회로기판의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    (d) 상기 (b)단계에서 금속 박막 형성후 상기 폴리이미드 필름의 반대 표면에 습기와 산소의 투과를 방지하기 위해 산화물과 질화물로 투습 및 산소 투과 방지 박막을 증착하는 단계를 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 연성회로기판의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    (d) 상기 (c)단계에서 금속 후막 형성전 상기 폴리이미드 필름의 표면에 산세, 탈지 등의 습식 전처리습기 및 상압 플라즈마 등을 이용한 건식 전처리를 통하여 세정 공정을 행한 후 습식도금을 이용하여 금속 후막을 증착하는 단계를 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 연성회로기판의 제조방법.
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