KR100993114B1 - 연성 회로 기판 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 접속 신뢰성이 우수한 연성 회로 기판은 연성 동박 적층판 상에 주석 도금층이 형성된 연성 회로 기판에 있어서, 주석 도금층은, 경도가 1.5 내지 2.0GPa, 밀도가 7.0 내지 7.3g/㎤인 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 연성 회로 기판과 기판에 실장되는 반도체 사이의 접속 강도를 높임으로써, 연성 회로 기판의 우수한 접속 신뢰성을 확보할 수 있다.

연성, 동박 적층판, 회로 기판, 주석, 도금층

Description

연성 회로 기판{Flexible circuit board with highly reliable bonding}

본 발명은 연성 회로 기판에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 접속 신뢰성이 우수한 연성 회로 기판에 관한 것이다.

인쇄 회로 기판(PCB; Printed Circuit Board)은 각종 부품을 접속할 전기 배선을 회로 설계에 따라 배선 도형으로 표현한 것으로 각종 부품을 연결하거나 지지해 주는 역할을 한다. 특히, 노트북 컴퓨터, 휴대폰, PDA, 소형 비디오 카메라 및 전자수첩 등의 전자기기의 발달에 따라 인쇄 회로 기판의 수요가 증대되었다. 나아가 상기의 전자기기들은 휴대성이 강조되면서 점점 소형화 및 경량화되어 가는 추세이다. 따라서 인쇄 회로 기판은 더욱 집적화, 소형화, 경량화되고 있다.

상기 인쇄 회로 기판은 그 물리적 특성에 따라 리지드(rigid) 인쇄 회로 기판, 연성(flexible) 인쇄 회로 기판, 이 두 가지가 결합된 리지드-플렉서블 인쇄 회로 기판 및 리지드-플렉서블 인쇄 회로 기판과 유사한 멀티-플렉서블 인쇄 회로 기판으로 나뉜다. 특히, 연성 인쇄 회로 기판의 원자재인 연성 동박 적층판은 휴대폰ㆍ디지털캠코더ㆍ노트북ㆍLCD모니터 등 디지털 가전제품에 사용되는 것으로 굴곡성이 크고 경박단소화에 유리한 특성 때문에 최근 수요가 급속히 증가하고 있다.

연성 동박 적층판은 폴리머 필름층과 금속 전도층을 적층한 것으로 가요성을 갖고 있어 유연성이나 굴곡성이 요구되는 전자기기 또는 전자기기의 소재 부분에 이용되며, 전자기기의 소형화, 경량화에 공헌하고 있다.

이러한 연성 동박 적층판에 배선패턴을 형성하여 연성 회로 기판을 제조하게 되며, 반도체 실장을 위해 배선패턴에 주석 도금층을 형성하게 된다.

그런데, 연성 회로 기판의 배선패턴에 형성되는 주석 도금층은 경도 또는 밀도에 따라 반도체와 연성 회로 기판간의 접속 강도가 저하되는 문제점이 있다.

또한, 접속강도가 저하될 경우 평판 TV등과 같은 높은 전압에서 구동되는 기기에 장기적으로 적용할 경우 접속 불량을 유발하거나 신호 단락을 유발하는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 더욱 구체적으로는 반도체와 연성 회로 기판간의 접속 강도를 높일 수 있는 연성 회로 기판을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기에 설명될 것이며, 본 발명의 실시예에 의해 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타난 구성과 구성의 조합에 의해 실현될 수 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 연성 회로 기판은, 연성 동박 적층판 상에 주석 도금층이 형성된 연성 회로 기판에 있어서, 상기 주석 도금층은, 순수한 주석으로 이루어진 단일층의 피막이고, 경도가 1.5 내지 2.0GPa, 밀도가 7.0 내지 7.3g/㎤인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 상기 주석 도금층의 두께는 0.1㎛ 내지 0.7㎛인 것이 바람직하다.

본 발명에 의하면, 연성 회로 기판과 기판에 실장되는 반도체 사이의 접속 강도를 높임으로써, 연성 회로 기판의 우수한 접속 신뢰성을 확보할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기 로 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 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1은 스퍼터링 방식으로 제작된 연성 회로 기판의 구조를 나타내는 단면도, 도 2는 캐스팅 방식으로 제작된 연성 회로 기판의 구조를 나타내는 단면도이다.

도 1을 참조하면, 스퍼터링 방식으로 제작된 연성 회로 기판은 폴리머 필름(100), 타이 코팅층(110), 금속 시드층(120), 금속 전도층(130), 합금층(140) 및 주석 도금층(150)을 포함한다.

폴리머 필름(100)은 연성 동박 적층판에 적합하도록 굴곡성을 갖는 폴리이미드(polyimide) 필름으로 이루어질 수 있다. 폴리이미드 필름은 높은 내열성과 굴곡성 및 우수한 기계적 강도를 가지며, 금속과 비슷한 열팽창계수를 가지므로 연성 필름의 재료로 많이 사용된다.

타이 코팅층(110)은 스퍼터링(sputtering)을 포함한 다양한 진공 성막법으로 폴리머 필름(100) 상에 형성된다. 타이 코팅층(110)의 재료로는 다른 물질과 결합력 및 반응성이 좋은 금속으로 예를 들어, 크롬, 니켈, 또는 크롬 니켈의 합금을 이용할 수 있다.

금속 시드층(120)은 구리 또는 구리 합금으로 이루어지며, 스퍼터링 공정으로 타이 코팅층(110) 상에 형성된다.

금속 전도층(130)은 전기도금에 의해 상기 금속 시드층(120) 상에 형성되며, 습식 도금법 즉, 전해 도금법 및 무전해 도금법을 사용하여 형성할 수 있다. 특히, 전해 도금법은 성막속도가 빠르고 성막 비용이 저렴하며, 표면의 평활도가 높기 때문에 많이 이용된다.

전해 도금법을 이용할 경우에는 습식 도금액에 금속 시드층(120)이 형성된 폴리머 필름(100)을 침지하고, 금속 시드층(120)에 음극전원을 접속하고, 습식 도금액에 침지한 양극과의 사이를 통전시킴으로써 금속 시드층(120) 위에 금속 전도층(130)을 석출시킨다. 무전해 도금법을 사용할 경우에는 우선 금속 시드층(120) 위에 팔라듐염 용액 등에 의해 석출핵을 부착시킨 후에 무전해 도금액에 폴리머 필름(100)을 침지한다.

금속 전도층(130)의 재질로는, 전기전도도의 측면에서 구리 또는 구리합금이 바람직하나, 본 발명에서 금속 전도층(130)의 재질이 이에 한정되는 것은 아니며, 그 이외의 금속이 채용될 수 있음은 물론이다.

이와 같이, 폴리머 필름(100) 상에 타이 코팅층(110), 금속 시드층(120) 및 금속 전도층(130)이 적층된 연성 동박 적층판은 금속 전도층(130) 상에 소정의 패 턴으로 레지스트 도포하고, 패턴이 형성된 부위 이외의 부위를 에칭으로 제거한 후, 레지스트를 제거하여 배선을 형성한다.

한편, 연성 동박 적층판은 도 2에 도시된 바와 같이, 캐스팅 방식을 이용하여 도체층(210) 상에 절연층(200)을 코팅하여 제조할 수 있으며, 앞서 설명한 바와 같이 배선을 형성한다. 이러한 캐스팅 방식을 이용한 연성 동박 적층판의 제조는 당업자에게 공지된 기술이므로 그 상세한 설명은 생략한다.

상술한 바와 같은, 스퍼터링 방식은 동박의 두께를 줄일 수 있어 협피치 구현에 유리하다는 장점이 있으며, 캐스팅 방식은 치수 안정성이 좋고 생산 라인의 작업 속도가 빨라 생산성이 높다는 장점이 있다. 여기서, 연성 동박 적층판의 제조 방법을 스퍼터링 방식과 캐스팅 방식으로 설명했지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

이렇게 배선이 형성된 연성 동박 적층판 상에 주석 도금층(150)을 형성하여 연성 회로 기판을 준비한다. 이때, 금속 전도층(130) 또는 도체층(210)과 주석 도금층(150) 사이에는 주석과 구리간의 물질 확산으로 인해 구리-주석의 합금층(140)이 형성된다.

주석 도금층(150)은 도금액을 사용하는 전해 도금 또는 무전해 도금방식 등의 도금방식을 이용하여 배선이 형성된 연성 동박 적층판 상에 주석 도금층(150)을 형성한다.

여기서, 본 발명에 따른 연성 회로 기판의 주석 도금층(150)은 주석 도금액의 온도를 40℃ 내지 65℃의 온도 범위에서 3분 내지 10분 동안 배선패턴이 형성된 연성 회로 기판을 침지하여 화학적 반응에 의해 주석 도금층(150)이 배선 상에 전착될 수 있도록 한다. 그리고 나서, 도금이 완료되면 배선 상에 주석 도금층(150)이 전착된 연성 회로 기판을 100℃ 내지 160℃의 온도 범위에서 15분 내지 3시간 동안 열처리하여 경도는 1.5 내지 2.0GPa, 밀도는 7.0 내지 7.3g/㎤로 형성한다.

상기 경도가 상기 하한보다 작을 경우 접속 강도가 약해져 충분한 접속 신뢰성을 확보할 수 없으며, 상기 상한보다 클 경우 굴곡성이 저하될 수 있다. 또한, 상기 밀도가 상기 하한보다 작거나 클 경우 반도체칩 실장시 용융접합의 문제로 인해 주석 도금층(150)과 범프(310)간의 계면접합력이 저하될 수 있다.

한편, 주석 도금층(150)은 두께가 0.1㎛ 미만이 되면 접속 강도가 저하될 수 있고, 0.7㎛를 초과하게 되면 굴곡성이 저하될 수 있기 때문에 0.1㎛ 내지 0.7㎛로 형성하는 것이 바람직하다.

상술한 바와 같이, 연성 회로 기판의 배선에 주석 도금층(150)을 형성하게 되면 도 3에 도시된 바와 같이, 반도체칩(300)의 범프(310)를 주석 도금층(150)에 접속시켜 연성 회로 기판에 반도체칩을 실장하게 된다.

이러한 본 발명에 따른 주석 도금층(150)이 형성된 연성 회로 기판에 반도체칩을 실장한 후 반도체칩이 실장된 연성 회로 기판과 반도체칩을 손으로 당겨서 파단면을 육안관찰한 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

	경도(GPa)	밀도(g/㎤)	파단면	접속 강도
실시예 1	1.7	7.2	절연층과 도체층 계면	양호
실시예 2	1.8	7.3	절연층과 도체층 계면	양호
실시예 3	2.0	7.3	절연층과 도체층 계면	양호
실시예 4	1.6	7.2	절연층과 도체층 계면	양호
실시예 5	1.5	7.1	절연층과 도체층 계면	양호
실시예 6	1.7	7.0	절연층과 도체층 계면	양호
실시예 7	1.8	7.3	절연층과 도체층 계면	양호
실시예 8	1.9	7.1	절연층과 도체층 계면	양호
실시예 9	1.6	7.2	절연층과 도체층 계면	양호
실시예 10	1.8	7.3	절연층과 도체층 계면	양호
실시예 11	2.0	7.2	절연층과 도체층 계면	양호
실시예 12	1.7	7.0	절연층과 도체층 계면	양호
실시예 13	1.6	7.2	절연층과 도체층 계면	양호
실시예 14	1.9	7.3	절연층과 도체층 계면	양호
비교예 1	1.4	7.1	주석 도금층과 범프간 계면	미달
비교예 2	1.4	6.8	주석 도금층과 범프간 계면	미달
비교예 3	2.2	7.1	주석 도금층과 범프간 계면	미달
비교예 4	2.1	6.9	주석 도금층과 범프간 계면	미달
비교예 5	1.7	6.9	주석 도금층과 범프간 계면	미달
비교예 6	1.4	6.9	주석 도금층과 범프간 계면	미달
비교예 7	2.1	7.4	주석 도금층과 범프간 계면	미달

상기 표 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 주석 도금층(150)의 경도가 1.5 내지 2.0GPa 사이인 경우, 주석 도금층(150)과 반도체칩(300)의 접속 부분인 범프(310)간의 접속 강도에서 특성변화가 없었으나, 1.5GPa 미만이거나 2.0GPa 초과일 경우 주석 도금층(150)과 범프(310)간의 계면이 파단되어 접속 강도에서 특성이 미달 되었다.

또한, 밀도가 7.0 내지 7.3g/㎤ 사이인 경우 주석 도금층(150)과 범프(310)간의 접속 강도에서 특성 변화가 없었으나, 7.0g/㎤ 미만이거나 7.3g/㎤ 초과일 경우 주석 도금층(150)과 범프(310)간의 계면이 파단되어 접속 강도에서 특성이 미달 되었다.

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 기술 사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

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

도 1은 스퍼터링 방식으로 제작된 연성 회로 기판의 구조를 나타내는 단면도이다.

도 2는 캐스팅 방식으로 제작된 연성 회로 기판의 구조를 나타내는 단면도이다.

도 3은 본 발명에 따른 연성 회로 기판에 반도체칩이 실장된 모습을 나타내는 단면도이다.

Claims (2)

1. 연성 동박 적층판 상에 주석 도금층이 형성된 연성 회로 기판에 있어서,

   상기 주석 도금층은, 순수한 주석으로 이루어진 단일층의 피막이고,

   경도가 1.5 내지 2.0GPa, 밀도가 7.0 내지 7.3g/㎤인 것을 특징으로 하는 연성 회로 기판.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 주석 도금층의 두께는 0.1㎛ 내지 0.7㎛인 것을 특징으로 하는 연성 회로 기판.

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