KR100791557B1

KR100791557B1 - 플라스틱-금속박막 필름 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR100791557B1
Application number: KR1020060108545A
Authority: KR
Inventors: 송승호; 원유덕; 이학민
Original assignee: 선우에이엠씨주식회사
Priority date: 2006-11-03
Filing date: 2006-11-03
Publication date: 2008-01-04
Also published as: CN101535043A; US20100323208A1; WO2008054173A1; EP2077940A1

Abstract

본 발명은 플라스틱-금속박막 필름 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 플라스틱 기재의 표면에 플라즈마 처리를 통해 반응성 작용기를 생성시키고, 상기 반응성 작용기와 화학적 결합이 가능한 실란계 반응성 물질을 함유한 접착제 조성물을 이용하여 상기 플라스틱 기재에 금속박막을 접합시킴으로써, 플라스틱 기재와 금속박막 간의 접합강도를 크게 향상시킬 수 있는 플라스틱-금속박막 필름 및 그 제조방법에 관한 것이다.

플라스틱-금속박막 필름, 플라즈마 처리, 실란계 반응성 물질

Description

플라스틱-금속박막 필름 및 그 제조방법 {PLASTIC-METAL FILM AND METHOD FOR PREPARING THE SAME}

도 1은 플라즈마 처리를 하기 이전의 플라스틱 표면 접촉각을 나타나는 도면.

도 2는 본 발명에 따른 플라즈마 처리를 한 직후의 플라스틱 표면 접촉각을 나타내는 도면.

도 3은 본 발명에 따른 플라즈마 처리 이후 24시간 경과한 시점의 플라스틱 표면 접촉각을 나타내는 도면.

본 발명은 플라스틱-금속박막 필름 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 플라스틱 기재의 표면에 플라즈마 처리를 통해 반응성 작용기를 생성시키고, 상기 반응성 작용기와 화학적 결합이 가능한 실란계 반응성 물질을 함유한 접착제 조성물을 이용하여 상기 플라스틱 기재에 금속박막을 접합시킴으로써, 플라스틱 기재와 금속박막 간의 접합강도를 크게 향상시킬 수 있는 플라스틱-금속박막 필름 및 그 제조방법에 관한 것이다.

최근에 들어 전자기기가 경박화되면서 종래의 인쇄회로기판(PCB, Printed Circuit Board)의 많은 부분들이 FCCL(Flexible Copper Clad Laminates)로 대체되어 사용되고 있다.

이러한 FCCL에 사용되는 플라스틱 재료들은 SMT(Surface Mounting Technology) 후 납땜온도에서도 안정한 내열성과 임피던스를 낮추기 위한 낮은 유전율 등의 특성이 요구되며 이러한 특성을 만족시키는 대표적인 플라스틱 재료로는 폴리이미드(Polyimide), 테프론(Teflon), 실리콘(Silicone) 등을 들 수 있다.

그러나 상기와 같은 플라스틱 재료들의 표면은 소수성(Hydrophobic Property) 성질이 강하여 접착제를 도포할 시 특유의 이형성으로 인하여 상호 결합하지 못하고 박리되어 금속박막을 상기의 플라스틱 재료에 용이하게 접착시킬 수 없는 문제점이 있었다.

상기와 같은 문제점을 해결하고, 우수한 품질의 FCCL을 제조하기 위하여, 종래에는 플라스틱 기재의 표면을 화학적 방법 또는 코로나(Corona), 상압 플라즈마(Atmospheric Plasma)와 같은 전기적 방법으로 식각(Etching)한 이후 금속박막을 화학적 진공증착법(Chemical Vapor Deposition, CVD)으로 진공증착 하거나 혹은 상기 식각한 플라스틱 기재의 표면에 에폭시 등의 경화성 물질을 도포한 후 금속박막을 라미네이션(Lamination)시키고 상기 도포된 경화성 물질을 경화시키는 방법을 이용하였다.

그러나 상기 진공증착 방법으로 제조한 플라스틱-금속박막 필름은 단순 식각에 의해 표면적이 확대된 플라스틱 기재에 금속박막을 진공증착시키므로, 진공증착 된 금속박막이 금속연성에 의해 힘이 가해진 방향으로 밀리는 현상이 발생하게 되며,

또한 상기 경화성 물질을 도포하고 금속박막을 라미네이션하여 경화시킨 경우에는 단순히 물리적 결합력으로 결합되는바 온도충격과 같은 이완-수축을 반복적으로 가하게 되면 플라스틱 기재와 금속박막이 쉽게 박리되는 문제점을 여전히 가지게 된다.

본 발명의 목적은 플라스틱 기재와 금속박막 간의 결합강도가 우수한 플라스틱-금속박막 필름을 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 플라스틱-금속박막 필름의 제조방법을 제공하는 데 있다.

본 발명은 반응성 작용기를 표면에 형성시킨 플라스틱 기재와, 금속박막을 상기 플라스틱 기재의 반응성 작용기와 화학적 결합이 가능한 실란계 반응성 물질을 함유하는 접착제 조성물로 접합시킨 것을 특징으로 하는 플라스틱-금속박막 필름에 관한 것이다.

또한, 본 발명은

ⅰ) 플라즈마 처리를 통해 플라스틱 기재의 표면에 반응성 작용기를 생성시키는 단계; 및

ⅱ) 상기 반응성 작용기와 화학적 결합이 가능한 반응성 물질을 함유하는 접 착제 조성물을 상기 플라스틱 기재 또는 금속박막에 도포하여 접합시키는 단계;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라스틱-금속박막 필름의 제조방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명을 제조방법에 따른 각 단계별로 상세히 설명하도록 한다.

ⅰ) 플라즈마 처리를 통해 플라스틱 기재의 표면에 반응성 작용기를 생성시키는 단계;

본 단계는 플라스틱 기재와 금속박막 간의 접합강도를 향상시키기 위하여, 상기 플라스틱 기재의 표면에 플라즈마 처리를 실시한다. 상기 플라즈마 처리를 통해 상기 플라스틱 기재의 표면에 반응성 작용기가 생성되는데, 상기 반응성 작용기는 -OH, -OOH, -COOH, -C-O-, -C=O, -O-C-O- 등의 산소 함유 반응성 작용기를 예로 들 수 있다.

그러나, 반드시 이들에 한정되는 것이 아니라 하기 서술될 실란계 반응성 물질과 화합적 결합이 가능한 반응기라면 무관하다.

상기 플라즈마 처리에 있어서, 통상의 방법에 따라 플라즈마 처리를 실시할 수 있으나, 플라스틱 기재의 표면에 효과적인 반응성 작용기를 생성하기 위해 1× 10^-3 torr 이하의 저압 하에서 수행하는 것이 바람직하다. 상기 압력보다 높은 압력에서 플라즈마 처리를 하게 되면 불순물에 의한 아크방전이 일어나거나 산란에 의한 반응성 작용기의 발생밀도가 떨어지는 문제점이 발생할 수 있기 때문이다.

상기 플라즈마 처리시 이온 건(ion gun)에 주입되는 산소와 아르곤 가스의 함량 역시 특별히 한정할 필요는 없으나, 산소 대 아르곤 중량비가 1:1 내지 4:1 인 것이 바람직하다.

또한, 플라즈마 발생시의 인가 전압이 증가할수록 플라즈마 방전 밀도가 높아져 플라스틱 기재의 표면에 상기 반응성 작용기의 생성이 증가하게 되는바, 인가 전압은 10 내지 4000 W이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 100 내지 3000 W일 수 있다.

통상적으로 플라즈마 처리를 하면 단순히 표면 식각이 발생할 것으로 예상되나, 상기 도 1 내지 도 3을 살펴보면, 플라즈마 처리 전(도 1), 플라즈마 처리한 직후(도 2) 및 플라즈마 처리 후 24시간 경과된 경우(도 3)에 대한 각각의 접촉각이 109.46°, 24.25°, 40.37°인 것으로 표시되는데, 이는 본 발명에 따른 플라즈마 처리로 인해 플라스틱 기재의 표면에 반응성 작용기가 생성되었다가 시간이 경과하면서 상기 반응성 작용기가 대기 중의 물질과 반응되어 감소되었음을 의미하는 것이다.

이를 통해, 본 발명에 따른 플라스틱의 플라즈마 처리를 거치게 되면 그 표면에 반응성 작용기가 발생함을 확인할 수 있다.

상기 플라스틱 기재로는 특별히 한정되지 않으며, 표면에 극성기를 갖는 필름 뿐만 아니라 비극성기를 갖는 올레핀계 필름에도 적용할 수 있다. 특히 전자재료로 많이 사용되는 폴리에틸렌 필름, 폴리프로필렌 필름, 폴리스티렌 필름, 폴리에스테르 필름, 폴리아미드 필름, 폴리이미드 필름, 폴리카보네이트 필름, 테트라아세틸셀룰로스 필름, 테프론 필름 또는 실리콘 필름 등이 바람직하다.

ⅱ) 반응성 작용기와 화학적 결합이 가능한 반응성 물질을 함유하는 접착제 조성물을 플라스틱 기재 또는 금속박막에 도포하여 접합시키는 단계;

본 단계에서는 상기 플라스틱 기재의 표면에 형성된 반응성 작용기와 화학적 결합이 가능한 실란계 반응성 물질을 함유하는 접착제 조성물을 플라스틱 기재 또는 금속박막에 도포하여 접합시키는 단계이다.

상기 접착제는 특별히 제한되지 않으나, 아크릴계 또는 비닐기로 마감된 액상실리콘계 접착제를 사용할 수 있다.

또한, 상기 실란계 반응성 물질은 하기 화학식 1로 표시되는 화합물일 수 있다.

[화학식 1]

(상기 식에서, R1은 수소 혹은 비닐기이며, R2 내지 R4는 탄소수가 1내지 18인 알킬기 혹은 말단에 에폭시기를 갖는 탄소수가 3 내지 18인 알킬기이다.)

상기 실란계 반응성 물질은 플라즈마 처리를 통해 형성된 플라스틱 기재의 반응성 작용기와 화학적 결합을 이루며, 또한 금속박막 및 접착제와도 화학적 결합을 이루게 되는바, 접착제만을 사용하는 경우보다 플라스틱 기재와 금속박막간의 결합강도를 더욱 증가시킬 수 있게 된다.

상기 실란계 반응성 물질의 함량은 전체 접착제 조성물 전체 질량에 대하여 0.1 내지 30 중량%일 수 있으며, 바람직하게는 0.5 내지 15중량%일 수 있다.

상기 반응성 물질의 함량이 0.1 중량부 미만일 경우에는 접착력이 약화될 수 있고, 30 중량부 초과할 경우에는 부산물에 의한 기포발생으로 인해 접착력이 저하되는 문제점이 발생할 수 있기 때문이다.

상기 접착제 조성물은 상기 실란계 반응성 물질과 상기 플라스틱 기재의 표면에 형성된 반응성 작용기가 용이하게 반응할 수 있도록 주석계 촉매를 더 함유할 수 있으며, 상기 주석계 촉매는 하기 화학식 2로 표시되는 화합물일 수 있다.

[화학식 2]

(상기 식에서, R5 내지 R8은 탄소수 1 내지 18인 알킬기이다.)

상기 주석계 촉매의 함량은 상기 촉매를 포함한 접착제 조성물 전체 중량에 대하여 0.01 내지 5 중량%일 수 있으며, 바람직하게는 0.1 내지 2 중량%일 수 있다.

또한, 상기 접착제 조성물은 필요에 따라 경화제 및 무기제 필러, 물성개량제 등을 추가로 더 함유할 수 있다.

상기 금속박막은 특별히 한정되지 않으나, 구리, 알루미늄, 니켈 및 크롬으로 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택되는 금속일 수 있다.

또한, 상기 금속박막은 피착제와의 접착력을 향상시키기 위하여 황산 등을 이용하여 어느 한 일면을 산화처리할 수 있으나 반드시 이에 제한되지는 않는다.

상기 제조한 접착제 조성물을 금속박막 또는 플라스틱 기재 중 어느 하나에 도포하고 이를 라미네이션한 후 약 80 내지 150 ℃ 온도에서 경화시킨다.

상기 도포하는 두께는 약 1 내지 100㎛일 수 있다.

이하, 하기의 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하지만, 본 발명의 권리범위가 실시예에 한정되는 것은 아니다.

[ 실시예 ]

실시예 -1

산소와 아르곤의 중량비가 4:1이고, 1,000V / 0.2~1.0A (200~1000W)의 전압이 인가되는 플라즈마 처리장치를 이용하여 테프론(Teflon)필름의 표면에 반응성 작용기를 생성하였다.

다음으로, 아크릴계 접착제 99.4 중량부, 상기 화학식 1에서 R1 내지 R3가 메틸기이고 R4가 아크릴기인 실란계 반응성 물질 0.5 중량부, 상기 화학식 2에서 R5 내지 R6이 부틸기이고 R7 내지 R8이 라우릴기인 주석계 촉매 0.1 중량부로 이루어진 접착제 조성물을 상기 플라즈마 처리를 한 테프론(Teflon) 필름 표면에 5㎛ 두께로 도포하고, 12㎛ 두께의 구리박막을 그 위에 라미네이션 한 후, 100℃에서 5분간 경화시켜 플라스틱-금속박막 필름을 제조하였다.

실시예 -2

상기 실시예 1에서, 아크릴계 접착제 69.9중량부, 실란계 반응성 물질 30중 량부 및 주석계 촉매 0.1중량부로 이루어진 접착제 조성물을 사용한 것 외에는 실시예 1과 동일한 방법으로 플라스틱-금속박막 필름을 제조하였다.

실시예 -3

상기 실시예 1에서, 아크릴계 접착제 84.9중량부, 실란계 반응성 물질 15중량부 및 주석계 촉매 0.1중량부로 이루어진 접착제 조성물을 사용한 것 외에는 실시예 1과 동일한 방법으로 플라스틱-금속박막 필름을 제조하였다.

실시예 -4

상기 실시예 1에서, 아크릴계 접착제 83중량부, 실란계 반응성 물질 15중량부 및 주석계 촉매 2중량부로 이루어진 접착제 조성물을 사용하고 12㎛ 두께의 구리 박막의 일면을 산화처리 한 것 외에는 실시예 1과 동일한 방법으로 플라스틱-금속박막 필름을 제조하였다.

실시예 -5

상기 실시예 1에서, 아크릴계 접착제 대신에 비닐기로 마감된 액상실리콘 75중량부를 사용하고, 실란계 반응성 물질 0.5중량부, 주석계 촉매 0.1중량부를 사용하고, 추가로 경화제[Poly(methylhydro siloxane-co-dimethyl siloxane)] 3중량부, 무기제 필러로서 알루미나 20중량부, 백금계 경화촉매 0.5중량부 및 물성개량제로서 실리카나노입자 0.9중량부를 사용한 것 외에는 실시예 1과 동일한 방법으로 플라스틱-금속박막 필름을 제조하였다.

[ 비교예 ]

비교예 -1

아크릴계 접착제 99.4중량부, 실란계 반응성 물질 0.5중량부 및 주석계 촉매 0.1중량부로 이루어진 접착제 조성물을 플라스마로 표면을 처리하지 않은 테프론(Teflon) 필름의 표면에 50㎛ 두께로 도포하고 12㎛ 두께의 구리 박막을 라미네이션한 후 100℃에서 5분간 경화시켜 플라스틱-금속박막 필름을 제조하였다.

비교예 -2

상기 실시예 1에서, 실란계 반응성 물질 및 주석계 촉매가 함유되지 않은 아크릴계 접착제 100중량부를 사용한 것 외에는 실시예 1과 동일한 방법으로 플라스틱-금속박막 필름을 제조하였다.

[ 실험예 ]

상기 실시예 1 내지 5 및 비교예 1 내지 2에 따라 제조된 플라스틱-금속박막 필름을 ⅰ)제조 직후, ⅱ)제조 후 24시간 경과한 시점, ⅲ) 120℃온도에서 100시간, 500시간, 1,000시간 경과한 시점에서 박리 여부를 실험하였고, 그 결과는 하기 표 1에서 정리하였다.

[표 1]

구분	제조 직후	제조 후 24시간 경과한 시점	내환경 시험 후 (120℃)
구분	제조 직후	제조 후 24시간 경과한 시점	100시간	500시간	1,000시간
실시예-1	박리안됨	박리안됨	박리안됨	박리안됨	박리안됨
실시예-2	박리안됨	박리안됨	박리안됨	기포발생	박리됨
실시예-3	박리안됨	박리안됨	박리안됨	박리안됨	박리안됨
실시예-4	박리안됨	박리안됨	박리안됨	박리안됨	박리안됨
실시예-5	박리안됨	박리안됨	박리안됨	박리안됨	박리안됨
비교예-1	박리안됨	박리됨
비교예-2	박리안됨	박리됨

본 발명에 따라 제조된 플라스틱-금속박막 필름은 플라즈마 처리를 통해 플 라스틱 기재의 표면에 반응성 작용기를 형성시키고 접착제 조성물에 실란계 반응성 물질을 일정량 함유하도록 하여, 상기 실란계 반응성 물질이 상기 플라스틱 기재의 반응성 작용기와 화학적 결합을 이루게 되는바, 이를 접착제와 함께 사용하게 되면 플라스틱 기재와 금속박막 간의 결합강도를 더욱 향상시킬 수 있다.

Claims

반응성 작용기를 표면에 형성시킨 플라스틱 기재와, 금속박막을 상기 플라스틱 기재의 반응성 작용기와 화학적 결합이 가능한 실란계 반응성 물질을 함유하는 접착제 조성물로 접합시킨 것을 특징으로 하는 플라스틱-금속박막 필름.
제1항에 있어서,

상기 플라스틱 기재는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 폴리에스테르, 폴리아미드, 폴리이미드, 폴리카보네이트, 테트라아세틸셀룰로스, 테프론 및 실리콘으로 이루어진 군으로부터 1종이상 선택되는 것을 특징으로 하는 플라스틱-금속박막 필름.
제1항에 있어서,

상기 실란계 반응성 물질은 하기 화학식 1의 구조를 가지는 것임을 특징으로 하는 플라스틱-금속박막 필름.

[화학식 1]

(상기 식에서, R1은 수소 혹은 비닐기이며, R2 내지 R4는 탄소수가 1 내지 18인 알킬기 혹은 말단에 에폭시기를 갖는 탄소수가 3 내지 18인 알킬기이다.)
제1항에 있어서,

상기 실란계 반응성 물질의 함량은 상기 접착제 조성물 전체 질량의 0.1 내지 30 중량%인 것을 특징으로 하는 플라스틱-금속박막 필름.
제1항에 있어서,

상기 접착제 조성물은 하기 화학식 2의 구조를 갖는 주석계 촉매를 더 함유하는 것을 특징으로 하는 플라스틱-금속박막 필름.

[화학식 2]

(상기 식에서, R5 내지 R8은 탄소수 1 내지 18인 알킬기이다.)
제5항에 있어서,

상기 주석계 촉매의 함량은 상기 촉매를 포함한 접착제 조성물 전체 질량의 0.01 내지 5 중량%인 것을 특징으로 하는 플라스틱-금속박막 필름.
제1항에 있어서,

상기 금속박막은 구리, 알루미늄, 니켈 및 크롬으로 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택되는 것을 특징으로 하는 플라스틱-금속박막 필름.
ⅰ) 플라즈마 처리를 통해 플라스틱 기재의 표면에 반응성 작용기를 생성시키는 단계; 및

ⅱ) 상기 반응성 작용기와 화학적 결합이 가능한 반응성 물질을 함유하는 접착제 조성물을 상기 플라스틱 기재 또는 금속박막에 도포하여 접합시키는 단계;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라스틱-금속박막 필름의 제조방법.
제8항에 있어서,

상기 플라즈마 처리는 1× 10^-3 torr 이하의 저압에서 실시하는 것을 특징으로 하는 플라스틱-금속박막 필름의 제조방법.