KR100999921B1 - 기판의 이중 표면 처리 방법 및 상기 방법에 의해 표면 처리된 기판 - Google Patents

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Abstract

기판의 이중 표면 처리 방법 및 상기 방법에 의해 표면 처리된 기판이 개시된다. 상기 기판의 이중 표면 처리 방법은 기판을 준비하는 단계; 상기 기판에 접착제를 도포하여 접착층을 코팅하는 단계; 상기 접착층이 코팅된 기판에 발수층을 코팅하는 단계; 상기 접착층 및 발수층이 코팅된 기판에 도전성 잉크를 인쇄하는 단계; 및 상기 인쇄된 도전성 잉크의 소결 및 접착층의 경화 단계를 포함한다. 이러한 표면 처리 방법으로 제조된 기판은 금속 잉크와 기판 사이의 접착력이 우수하며, 또한 이와 동시에 잉크의 퍼짐성을 줄일 수 있어 고밀도의 미세 배선 패턴의 형성이 가능하다.
기판의 이중 표면 처리

Description

기판의 이중 표면 처리 방법 및 상기 방법에 의해 표면 처리된 기판{METHOD FOR DUAL SURFACE-TREATMENT OF SUBSTRATE AND DUAL SURFACE-TREATED SUBSTRATE THEREBY}
본 발명은 기판의 이중 표면 처리 방법 및 상기 방법에 의해 표면 처리된 기판에 관한 것이다.
잉크젯 인쇄 기술은 금속 잉크를 미세 노즐로 구성된 잉크젯 헤드로부터 토출 시켜 인쇄회로기판 수지에 패턴을 형성하는 기술이다. 최근 전자기기 저가화에 따른 저비용 제조공정 구축 요구가 증대되어 잉크젯 인쇄를 통한 전자기기용 인쇄회로기판 제조 연구가 활발히 진행되고 있다. 또한 나노 기술이 발전함에 따라, 우수한 분산 안정성을 갖는 금속 나노 잉크 제조가 가능해졌다.
이러한 잉크 내에 포함되어 있는 금속 나노 입자들은 200℃ 정도의 낮은 온도에서 소결이 가능하여 유기화합물질을 기판 소재로 사용하는 인쇄회로기판의 회로 배선 형성에 응용이 가능하다.
이러한 잉크젯 기술은 기존의 인쇄회로기판의 패턴 형성 공정의 간소화를 가능하게 하며, 다품종 소량 생산 시스템에 유리한 제조 방법이다.
잉크젯 인쇄를 통해 인쇄 회로 패턴을 형성하기 위해서는 인쇄된 나노 금속 입자의 소성 온도인 200℃ 에서 열에 견딜 수 있는 수지를 사용해야 하는데, 높은 유리전이 온도를 갖는 비스말레이미드(Bismaleimide) 트리아진(Triazine) 화합물이 포함된 BT 수지 등이 적당하다.
그러나 BT 수지 등과 같이 고내열성 열경화 수지는 전도층을 이루고 있는 금속 패턴층과의 접착 강도가 낮아, 열충격 테스트와 같은 신뢰성 평가 시에 절연층과 금속 패턴층 간에 박리현상이 발생하는 문제가 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 수지층과 금속 패턴층 사이에 얇은 접착제층을 형성하는 방법이 제시되나, 수지층과 금속 패턴층 간에 형성된 접착제층의 흡습으로 인해 원하는 접착강도 및 내열 특성을 얻을 수 없는 문제점이 있다.
잉크젯 헤드의 노즐로부터 토출된 잉크는 수지층에서 번지게(Spread) 되어 미세한 고밀도 패턴을 형성 하는데 어려움이 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해, BT 수지상에 얇은 접착층을 코팅하고 그 위에 잉크젯 인쇄를 통해 회로 패턴을 형성하는 경우, 나노 금속 소성 시 금속 및 접착층 간의 상이한 수축율로 인해 형성된 금속 패턴에 크랙이 발생하여 실제 제조 공정에 적용할 수 없다.
또한, 이러한 잉크젯 금속 잉크와 기판과의 낮은 접착력과, 잉크의 퍼짐성으로 인한 미세 배선 패턴 형성의 어려움이라는 두 가지 문제점은 서로 트레이드 오프 관계에 있기 때문에 더욱 해결하기가 어려운 것이다.
따라서 잉크젯 인쇄 공법과 같은 디지털 제조 공정을 사용하여 고내열성을 갖는 열경화 수지에 인쇄 회로 패턴을 형성하기 위해서는, BT 수지와 같은 고내열성 수지와 인쇄되는 나노 금속 잉크 간에 충분한 접착 강도를 확보되며, 고밀도 패턴 형성을 위한 잉크 번짐 현상 방지가 가능한 기술이 요구된다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은금속 잉크와 기판이 우수한 접착력을 가짐과 동시에 금속 잉크의 퍼짐성을 줄여 고밀도의 패턴 형성을 가능하게 하는 기판의 이중 표면 처리 방법 및 상기 방법에 의해 표면 처리된 기판을 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 측면에서는, 기판을 준비하는 단계; 상기 기판에 접착제를 도포하여 접착층을 코팅하는 단계; 상기 접착층이 코팅된 기판에 발수층을 코팅하는 단계; 상기 접착층 및 발수층이 코팅된 기판에 도전성 잉크를 인쇄하는 단계; 및 상기 인쇄된 도전성 잉크의 소결 및 접착층의 경화 단계를 포함하는 인쇄회로기판의 표면 처리 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 접착제는 핫 멜트(hot melt)형 접착제 또는 UV 경화형 접착제일 수 있으며, 상기 핫 멜트형 접착제는 폴리 이미드계, 폴리 아미드계, 에스테르계, 아크릴계 및 에폭시계 접착제로 이루어지는 군에서 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 발수층을 코팅하는 단계는 상기 접착층을 용해시키지 않는 용제에 용해되어 있는 발수 용액에 기판을 침지하는 방식으로 이루어지는 침지(wet)법에 의해 수행될 수 있다. 여기서, 상기 발수 용액은 플로린계 용액일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 발수층을 코팅하는 단계는 플라즈마 처리를 통한 비 접촉식 방법으로 수행될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 잉크의 소결 및 접착층의 경화 단계는 가열 또는 UV 처리를 통해서 수행될 수 있으며, 이러한 소결 및 경화 단계는 상기 기판을 가열하여 금속 잉크를 소결시킨 후, UV를 처리하여 접착층을 경화시키는 방법으로 수행될 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에서는, 전술한 표면 처리 방법에 의하여 제조된 인쇄회로기판을 제공한다.
본 발명에 따라 표면 처리된 기판은 금속 잉크와 기판 사이의 접착력이 우수하며, 또한 이와 동시에 잉크의 퍼짐성을 줄일수 있어 고밀도의 미세 배선 패턴의 형성이 가능하다.
이하에서는, 본 발명에 따른 기판의 이중 표면 처리 방법 및 상기 방법에 의해 표면 처리된 기판에 대하여 구체적으로 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 표면 처리 방법에 따라 접착층과 발수층을 동시에 가지는 기판은 기판과 금속 잉크와의 접착력을 향상시킴과 동시에 미세한 배선 패턴을 형성할 수 있게 한다. 코팅된 접착층은 금속 잉크와 기판과의 접착력을 향상시키고, 코팅된 발수층은 잉크의 퍼짐성을 줄일 수 있어 미세 배선 패턴의 형성을 가능하게 하는 것이다.
이와 같은 접착층과 발수층을 동시에 가질 수 있게 하기 위하여, 본 발명의 일실시예에서의 표면 처리 방법은, 기판을 준비하는 단계; 상기 기판에 접착제를 도포하여 접착층을 코팅하는 단계; 상기 접착층이 코팅된 기판에 발수층을 코팅하는 단계; 상기 접착층 및 발수층이 코팅된 기판에 도전성 잉크를 인쇄하는 단계; 및 상기 인쇄된 도전성 잉크의 소결 및 접착층의 경화 단계를 포함하게 된다.
기판은 인쇄회로기판으로 사용될 수 있는 통상의 수지로 제조된 기판일 수 있으며, 비스말레이미드(Bismaleimide) 트리아진(Triazine) 화합물이 포함된 BT 수지 등의 고내열성 열경화 수지로 제조된 기판일 수 있다.
기판이 준비되면, 기판에 접착제를 도포하여 접착층을 형성시킨다.
코팅된 접착층은 발수층을 형성할 때 또는 금속 잉크를 인쇄할 때 무르거나 흐름성이 없는 특성을 가져야 한다. 따라서, 상기 접착제는 핫 멜트(hot melt)형 접착제 또는 UV 경화형 접착제일 수 있다.
접착층 형성에 이용될 수 있는 핫 멜트형 접착제는 상온에서 끈적임이 없어야 하며 가역적 반응이 가능한 접착제, 즉, 열을 가해주면 몇 번이라도 다시 녹을 수 있는 특성이 있어야 하고, 또한 금속 배선을 소결시키는 온도 범위에서 녹는 특성이 있어야 한다. 너무 낮은 온도에서 녹으면 금속 배선이 아직 잉크인 상태에서 접착제가 배선 속으로 침투하여 배선의 저항을 높일 수 있으며, 너무 높은 온도에서 녹으면 금속 배선을 소결하는 과정에서 반응이 이루어지지 않아 금속 배선의 접착력 향상에 효과가 적을 수 있다. 이에 따라, 바람직한 온도 범위는 150℃ 내지 220℃의 범위이다.
이러한 핫 멜트형 접착제는 폴리 이미드계, 폴리 아미드계, 에스테르계, 아크릴계, 에폭시계, 시아노아크릴레이트계, 비닐계 접착제 등에서 선택될 수 있다. 특히, 폴리이미드계 또는 폴리아미드계 접착제가 우수한 접착층을 형성할 수 있다.
접착층 형성에 이용될 수 있는 UV 경화형 접착제는 접착제 코팅 후 흐름성이 없어야 하며, 열을 가했을 때에 전혀 반응이 없는 것이 바람직하다.
접착제를 기판에 도포하여 접착층을 형성사키는 방법은 선택되는 접착제의 특성에 따라 당업자가 적절하게 선택할 수 있다. 예컨대, 폴리 이미드계 접착제의 경우, 접착제를 기판 위에 바른 후, 가열하여 접착제를 녹임으로써 기판 위에 얇게 코팅막을 형성시키고, 이를 상온에서 건조시켜 접착층을 형성시킬 수 있다.
기판에 접착층을 형성시킨 후, 발수층을 코팅한다.
발수층을 코팅하는 단계에서, 접착층이 용해되지 않아야 하기 때문에, 사용 된 접착제에 따라 접착층이 용해되지 않는 용매(용제)에 용해되어 있는 발수 용액을 사용하여야 한다. 전술한 접착제에 따라 이를 용해시키지 않는 용제는 당업자라면 용이하게 선택할 수 있을 것이다.
발수층의 코팅 단계는 이러한 용제에 용해되어 있는 발수 용액에 기판을 침지하는 방식으로 이루어지는 침지(wet)법에 의해 수행될 수 있다. 예컨대, 기판을 발수 용액에 침지시킨 후 서서히 기판을 꺼내면서 발수 코팅이 균일하게 되도록 하여 발수층을 접착층 위에 형성시킨다.
이러한 침지법에 의하여 코팅하는 경우 발수 용액은 플로린(불소)계 용액인 것이 바람직하다. 플로린계 용액의 용질은 CF3(CF2)nOCH3 (여기서, n은 1 내지 10의 정수) 구조의 화합물일 수 있다.
발수층을 코팅은 플로린계 용액 이외에도 실리콘계 화합물도 사용될 수 있다. 또한, 접착층을 용해시키지 않고 발수층을 형성시킬 수 있는, 발수 특성을 가지는 물질이라면 그에 따른 적절한 도포 방법에 따라 발수층을 형성시킬 수 있을 것이라는 점은 당업자에게 자명하게 이해될 것이다. 발수층의 코팅 단계는 침지법 이외에도 플라즈마 처리를 통한 비 접촉식 방법으로 수행될 수도 있다.
접착층과 발수층을 코팅한 후, 발수층 위에 금속(도전성) 잉크를 이용하여 배선 패턴을 인쇄한다. 이러한 인쇄 단계는 바람직하게는 잉크젯 인쇄 방식을 사용할 수 있다. 금속 잉크를 인쇄할 때에는 발수층 위에 인쇄가 이루어지므로, 잉크의 퍼짐성이 억제되게 된다.
금속 잉크를 인쇄한 다음, 잉크가 인쇄된 기판을 가열하여 인쇄된 도전성 잉크를 소결시킨다.
상기 배선 패턴이 인쇄된 표면 처리된 기판을 가열 시킴으로써 인쇄된 금속 잉크를 소결시킬 수 있다. 이 때, 접착층이 열 경화성(핫 멜트형) 접착제를 사용하여 형성된 경우라면, 금속 잉크의 소결과 동시에 접착층이 경화가 일어나 기판과 소결된 금속 잉크(배선 패턴) 사이의 접착력을 향상시키게 된다. 반면, 접착층이 UV 경화성 접착제를 사용하여 형성된 경우라면, 가열에 의한 금속 잉크의 소결 후에, UV를 조사하여 접착층을 경화시킴으로써 기판과 소결된 금속 잉크 사이의 접착력을 향상시키게 된다.
본 발명의 또 다른 측면에서는, 전술한 표면 처리 방법에 의하여 제조된 인쇄회로기판을 제공한다. 전술한 바와 같이 본 발명의 표면 처리 방법에 의하여 제조된 인쇄회로기판은 배선 패턴과 기판과의 접착력이 우수하고, 고밀도의 미세한 배선 패턴을 포함할 수 있다.
이하에서, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명하고자 하나, 아래의 실시예는 단지 설명의 목적을 위한 것으로 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.
실시예 1: 기판의 표면 처리
통상적인 BT 기판을 준비하고, 상기 BT 기판에 폴리 이미드(poly imide)계 접착제(DAEHYUN ST Co., Ltd사 제품)를 사용하여 접착층을 도포하였다. 상기 접착제를 BT 기판 위에 도포한 후 150℃에서 5분간 가열하였다. 접착제는 열에 의해 녹으면서 기판에 얇게 코팅 막을 형성함을 확인하였다. 상온에서 접착층이 끈적임이 없을 정도로 건조시켰다.
이어서, 상기 접착층이 형성된 기판을 플루오르계 발수 용액(EGC, 3M사 제품)에 침지시켰다. 약 1분간 기판을 침지시킨 후, 서서히 기판을 꺼내면서 플루오르계 발수 코팅이 균일하게 되도록 하였다.
상기 발수 코팅이 형성된 기판에 금속 잉크를 인쇄하였다.
금속 잉크가 인쇄된 기판을 200℃에서 1시간 동안 소결시켰다. 이때 금속 잉크는 약 150℃ 부근에서 이미 고형 상태로 굳어지고, 이 온도 부근에서 접착층이 녹으면서 금속과 접착하여 접착력을 향상시켰다.
시험예 1: 접착제의 비교
실시예 1에서와 같은 표면 처리 방법으로, 폴리 이미드계 접착제 이외에, 폴리 아미드계, 에스테르계, 아크릴계, 시아노아크릴레이트계, 비닐계 및 에폭시계 접착제를 사용하여 기판 제작의 용이성(공정의 용이성), 접촉각 및 접착력을 비교하는 시험을 수행하였다. 시험 결과를 아래의 표 1에 정리하여 나타내었다.
[표 1]
폴리
이미드계		 폴리
아미드계		 에스테르계 아크릴계 시아노아크릴레이트계 비닐계 에폭시계
(일액형, 이핵형)
기판 제작의 용이성 ○ ○ ○ ○ X X X
접촉각 ○ ○ △ △ - - -
접착력 ○ ○ △ △ - - -
폴리 이미드계 및 폴리 아미드계 접착제가 우수한 결과를 보였으며, 에스테르계 및 아크릴계 접착제는 기판 제작에는 문제가 없으나, 접착력 증가 효과가 부족하였다. 에폭시계(일핵형 및 이액형) 접착제의 경우 공기 중에서 서서히 경화되거나 또는 별도의 경화제를 첨가해 주어야 반응이 이루어졌다. 시아노아크릴레이트계 접착제의 경우 산소에 의해 경화되어 기판 제작시 문제가 있었다. 비닐계 접착제의 경우 너무 무르고 상온에서 끈적임이 강하여 기판 제작에 부적합하였다.
시험예 2: 배선의 선폭 및 액적의 퍼짐성 비교
표면 처리되지 않은 기판, 접착층만 코팅된 기판 및 실시예 1에 따라 표면 처리된 기판 각각에, 동일한 조건으로 금속 잉크를 인쇄하여 형성된 배선의 선폭 및 각 기판에서의 액적의 높이(액적의 퍼짐성)를 비교하였다.
표면 처리되지 않은 기판의 배선 폭 및 액적의 크기는 측정 불가였고(도 2), 접착층만 코팅된 기판에서는 평균 배선 폭이 57 μm였고, 평균 액적의 높이는 17 μm였다(도 3), 실시예 1에 따라 표면 처리된 기판은 평균 배선 폭이 47 μm였고, 평균 액적의 높이는 28 μm였다(도 4).
시험예 3: 금속 잉크의 접착력 비교
표면 처리되지 않은 기판과 실시예 1에 따라 표면 처리된 기판에 금속 잉크를 인쇄하고 경화시킨 후, 배선 배턴의 인쇄 면에 반투명 테이프(3M사 제품)를 붙인 후, 이를 서서히 떼어내면서 인쇄된 배선 패턴이 상기 테이프에 부착되어 떨어지는지 여부를 시험하였다.
표면 처리되지 않은 기판에서는 인쇄된 배선 패턴이 상당 부분 테이프에 부착되는 것을 확인한 반면, 실시예 1에 따라 표면 처리된 기판의 경우 인쇄된 배선 패턴이 거의 테이프에 거의 부착되지 않음을 확인하였다(도 5).
본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 아래의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판의 표면 처리 방법을 도식적으로 나타낸 순서도이다.
도 2는 표면 처리를 하지 않은 기판에 도전성 잉크를 인쇄한 본 발명의 비교예의 촬영 이미지이다.
도 3은 접착층 코팅만을 한 기판에 도전성 잉크를 인쇄한 본 발명의 또 다른 비교예의 촬영 이미지이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 표면 처리된 기판에 도전성 잉크를 인쇄한 기판의 촬영 이미지이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 표면 처리된 기판과 표면 처리되지 않은 기판의 접착력을 비교 촬영한 비교도이다.

Claims (9)

  1. 기판을 준비하는 단계;
    상기 기판에 핫 멜트(hot melt)형 접착제 또는 UV 경화형 접착제를 도포하여 접착층을 코팅하는 단계;
    상기 접착층이 코팅된 기판에 발수층을 코팅하는 단계;
    상기 접착층 및 발수층이 코팅된 기판에 도전성 잉크를 인쇄하는 단계; 및
    상기 인쇄된 도전성 잉크의 소결 및 접착층의 경화 단계
    를 포함하는 인쇄회로기판의 표면 처리 방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 핫 멜트형 접착제는 폴리 이미드계, 폴리 아미드계, 에스테르계, 아크릴계 및 에폭시계 접착제로 이루어지는 군 중에서 선택되는 것인 인쇄회로기판의 표면 처리 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 발수층을 코팅하는 단계는 발수 용액에 기판을 침지하는 방식으로 이루어지는 침지(wet)법에 의해 수행되는 것인 인쇄회로기판의 표면 처리 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 발수 용액은 플로린계 발수 용액인 것인 인쇄회로기판의 표면 처리 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 발수층을 코팅하는 단계는 플라즈마 처리를 통한 비 접촉식 방법으로 수행되는 것인 인쇄회로기판의 표면 처리 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 잉크의 소결 및 접착층의 경화 단계는 가열 또는 UV 처리를 통해서 수행되는 것인 인쇄회로기판의 표면 처리 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 잉크의 소결 및 접착층의 경화 단계는 기판을 가열하여 금속 잉크를 소결시킨 후, UV를 처리하여 접착층을 경화시키는 것인 인쇄회로기판의 표면 처리 방법.
  9. 제1항 및 제3항 내지 제8항 중 어느 하나의 항에 기재된 표면 처리 방법에 의하여 제조된 인쇄회로기판.
KR1020080094825A 2008-09-26 2008-09-26 기판의 이중 표면 처리 방법 및 상기 방법에 의해 표면 처리된 기판 KR100999921B1 (ko)

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