KR101544161B1 - 초박막형 동박 제조방법 - Google Patents

초박막형 동박 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 초박막형 동박 제조방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 초박막형 동박 제조방법은, 5μm 두께 이하의 초박막형 동박을 제조하는 동박 제조방법에 있어서, 연성 절연필름의 표면상에 구리를 재료로 하는 스퍼터링 공정을 수행하여 표면에 전도층이 형성된 베이스필름을 형성하는 단계; 상기 베이스필름의 표면상에 니켈-크롬합금을 재료로 하는 스퍼터링 공정을 수행하여 균일한 표면을 갖는 박리층이 형성된 캐리어필름을 형성하는 단계; 및 상기 캐리어필름을 황산구리, 황산, 및 광택제를 포함하는 동도금액에 수장한 다음 일정한 속도를 갖는 롤투롤 공정방식으로 통과시키면서 상기 캐리어필름에 인가되는 전압의 전류밀도를 단계적으로 조절하는 전기도금공정을 수행하여 상기 캐리어필름의 박리층상에 동도금층을 형성하는 단계;를 포함할 수 있다.
따라서, 본 발명은, 연성의 절연필름상에 구리 및 니켈-크롬합금 스퍼터링 공정을 수행하여 전도층과 박리층이 구비된 캐리어 필름을 형성한 다음 상기 캐리어 필름상에 롤투롤 방식의 전기 동 도금공정을 수행함으로써 초박막형 동박에 해당하는 두께의 얇은 막으로 동박을 형성할 수 있을 뿐만 아니라 박리가 용이하여 양산성 및 생산성을 향상시킬 수 있는 초박막형 동박 제조방법을 제공하는 효과가 있다.

Description

초박막형 동박 제조방법 {Manufacturing Method for Ultra Thin Copper Foil}
본 발명은 초박막형 동박 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 절연 필름상에 스퍼터링공정과 롤투롤방식의 전기 동 도금공정을 순차적으로 수행하여 압연 동박 및 전해 동박에 비해 얇은 막으로 형성되면서 박리하더라도 초박막상태를 유지할 수 있는 동박을 제공할 수 있는 초박막형 동박 제조방법에 관한 것이다.
최근들어 컴퓨터 및 무선통신기기를 포함한 각종 전기전자기기가 소형화되면서 인쇄회로기판을 구성하는 절연기판에 접착되어 전자파차폐 및 방열용으로 사용되는 동박을 극박 동박화 하는 노력이 가속화되고 있다.
일반적으로 종래기술에 따른 동박은 그 제조방법의 차이에 따라 압연롤러를 이용한 압연 동박과 황산동 용액에서 연속적인 전해전착법으로 동박을 만드는 전해 동박으로 분류된다.
도 1은 종래기술에 따른 압연 동박의 제조방법을 개략적으로 나타내는 도면이다.
종래기술에 따른 압연 동박 제조방법은, 도 1에 도시된 바와 같이 압연 롤러(1)로 압연하여 구리재질의 평판을 만든 다음 진공로에서 열처리하는 과정을 거쳐 다시 압연함으로써 동박의 강도를 높이면서도 박막형 동박을 구현하였다.
그러나, 이와 같은 압연 동박은 압연 롤러(10)를 이용하는 기계적인 압연방식으로 인해 동박의 두께가 약 12μm 가 한계이기 때문에 초소형 전자기기에서 요구되는 5μm 두께 이하의 동박을 얻을 수 없으며, 기계적인 방식으로 제작되기 때문에 동박면의 균일성이 없이 울퉁불퉁하여 다양한 제품에 적용하는데 한계가 있는 문제점이 있었다.
도 2는 종래기술에 따른 전해 동박의 제조방법을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2에 도시된 종래기술에 따른 전해 동박 제조방법은, 회전하는 티타늄 재질의 드럼(10)과 둥근 판재 형태인 양극판(20)이 소정간극으로 이격되어 설치되며 상기 드럼(10)과 양극판(20)이 황산구리 전해액(60)이 담긴 탱크(50)에 수장되어 있다.
여기서, 상기 드럼(10)은 회전중심을 기준으로 상대적으로 아랫부분이 수장되고 그 수장된 부위의 형상에 대응되는 구조로 상기 양극판(20)이 수장되어 있으며, 드럼(10) 및 양극판(20)에 각각 음극 및 양극 전압이 가해지도록 전류가 인가되며, 이때, 상기 드럼(10) 및 양극판(20) 사이에 전해가공이 발생하여 이에 따라 드럼(10)의 표면에 전해 동박(40)이 전착되고 상기 전해 동박(40)이 롤러(30)에 의해 수득되어 질 수 있었다.
그러나, 이와 같은 전해도 방식으로 수득되는 전해 동박 역시도 동박의 두께가 약 6μm 가 한계이며 티타늄 드럼에 부착된 동박을 박리하는 것이 용이하지 않아 양산이 어려워 시설비용이 증가할 뿐 아니라, 동박을 6μm이하로 얇게 제작할 경우에 박막상태를 유지하지 못하고 부스러지는 문제점이 있으며, 양산과정 중 동박의 특정부위에 구리가 형성되지 않는 핀홀이 발생하여 제품생산과정에서 패턴이 단선되어 제품불량이 발생하여 생산성이 저하되는 문제점이 있었다.
따라서, 종래기술에 의한 압연 동박 및 전해 동박에 비해 초박막형 동박에 해당하는 얇은 막으로 형성될 뿐만 아니라 쉽게 부스러지지 않고 박막상태를 유지할 수 있으며 박리가 용이하면서 다양한 제품에 응용할 수 있을 뿐만 아니라 생산성을 향상시킬 수 있는 동박 제조방법에 관한 현실적이고도 적용이 가능한 기술이 절실한 실정이다.
등록특허공보 제10-1182110호(2012.09.12.)
따라서, 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명은, PI 및 PET와 같은 연성의 절연필름상에 구리 및 니켈-크롬합금 스퍼터링 공정을 수행하여 전도층과 박리층이 구비된 캐리어 필름을 형성한 다음 상기 캐리어 필름상에 롤투롤 방식의 전기 동 도금공정을 수행함으로써 초박막형 동박에 해당하는 두께의 얇은 막으로 동박을 형성할 수 있을 뿐만 아니라 상기 캐리어필름을 박리하더라도 박막상태를 안정적으로 유지할 수 있으며, 매끄러운 표면층을 제공하여 다양한 제품에 응용할 수 있으면서도 박리가 용이하여 양산성 및 생산성을 향상시킬 수 있는 초박막형 동박 제조방법을 제공하는데 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 초박막형 동박 제조방법은, 5μm 두께 이하의 초박막형 동박을 제조하는 동박 제조방법에 있어서, 연성 절연필름의 표면상에 구리를 재료로 하는 스퍼터링 공정을 수행하여 표면에 전도층이 형성된 베이스필름을 형성하는 단계; 상기 베이스필름의 표면상에 니켈-크롬합금을 재료로 하는 스퍼터링 공정을 수행하여 균일한 표면을 갖는 박리층이 형성된 캐리어필름을 형성하는 단계; 및 상기 캐리어필름을 황산구리, 황산, 및 광택제를 포함하는 동도금액에 수장한 다음 일정한 속도를 갖는 롤투롤 공정방식으로 통과시키면서 상기 캐리어필름에 인가되는 전압의 전류밀도를 단계적으로 조절하는 전기도금공정을 수행하여 상기 캐리어필름의 박리층상에 동도금층을 형성하는 단계;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 동도금층을 형성하는 단계는, 상기 일정한 속도를 갖는 롤투롤 전기도금공정의 캐리어 필름 통과속도를 조절하여 상기 동도금층의 두께를 조절할 수 있다.
여기서, 상기 동도금층의 두께는, 상기 캐리어 통과속도와 반비례할 수 있으며, 상기 캐리어 통과속도가 2.5m/min 일 경우에 상기 동도금층의 두께는 5μm이고, 상기 캐리어 통과속도가 5m/min 일 경우에 상기 동도금층의 두께는 2μm일 수 있다.
한편, 상기 동도금층을 형성하는 단계는, 상기 캐리어필름에 인가되는 전압의 전류밀도를 단계적으로 조절하는 전기도금공정을 수행하기 위하여 서로 다른 범위의 전류밀도를 갖는 전압이 인가되는 복수개의 전기도금용 도금탱크를 구비할 수 있다.
또한, 상기 복수개의 전기도금용 도금탱크는, 상기 캐리어필름에 0.5 내지 5.0 ASD의 전류밀도로 도금전압이 인가되는 제 1 도금탱크; 및 상기 캐리어필름에 5.0 내지 8.0 ASD의 전류밀도로 도금전압이 인가되는 제 2 도금탱크;를 구비할 수 있다.
이때, 상기 제 1 도금탱크와 제 2 도금탱크는 각각, 상기 캐리어필름을 롤투롤방식으로 이송시키기 위하여 상기 캐리어필름의 진행방향 하측에 설치되는 세 개의 아이들러와; 상기 세 개의 아이들러에 대응되어 상측 및 하측 방향으로 구불구불한 형태를 가지며 진행하는 캐리어필름의 박리층 사이에 배치되어 양극전압이 인가되는 세 개의 양극판; 및 상기 캐리어필름의 진행방향 상측에 배치되어 상기 캐리어필름을 지지하면서 상기 캐리어필름의 진행방향에 대해 서로 다른 크기의 전류밀도를 가지며 단계적으로 음극전압을 인가하는 다수개의 도금전압 인가부;를 구비할 수 있다.
또한, 상기 복수개의 도금탱크는, 황산구리 80 내지 160g/l, 황산 100 내지 180g/l, 및 광택제 5 내지 20g/l의 조성을 함유하는 동도금액을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 복수개의 도금탱크를 통과하며 형성된 동박막의 박리강도는 2 내지 5 gf/cm 이고 인장강도는 8 내지 40 kgf/mm2인 것을 특징으로 하는 초박막형 동박 제조방법
본 발명의 실시예에서, 상기 전도층이 형성된 베이스필름을 형성하는 단계는, 구리 스퍼터링 공정에 의해 형성되는 전도층의 두께가 1000Å 내지 1500Å일 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 박리층이 형성된 캐리어필름을 형성하는 단계는, 니켈-크롬합금 스퍼터링공정에 의해 형성되는 박리층의 두께가 50Å 내지 150Å일 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 표면에 전도층이 형성된 베이스필름을 형성하는 단계 이전에는, 상기 연성 절연필름의 표면상에 니켈-크롬합금을 재료로 하는 스퍼터링 공정을 수행하여 상기 전도층을 구성하는 구리의 밀착력을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 캐리어필름의 박리층 상에 동도금층을 형성하는 단계 이후에는, 상기 캐리어필름에서 동도금층을 박리하여 초박막형 동박을 수득하는 단계를 포함할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은, PI 재질 또는 PET 재질로 이루어진 연성 절연필름의 표면상에 구리 및 니켈-크롬합금 스퍼터링층을 순차적으로 수행하여 전기도금이 가능하면서 표면이 매끄러운 캐리어 필름을 형성한 다음 도금전압의 전류밀도를 단계적으로 조절하는 전기도금공정을 수행하여 박리가 용이하면서 5μm 두께 이하의 초박막형 동박을 제공할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은, 롤투롤 전기도금공정의 캐리어 필름 통과속도를 조절하여 다양한 두께를 갖는 초박막형 동박을 제공할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은, 연성 절연필름에 스퍼터링 공정을 통하여 구리 및 니켈-크롬합금을 형성함으로써 전기도금이 가능한 전도층과 균일한 표면을 갖는 박리층을 쉽게 떨어지지 않게 형성할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은, 서로 다른 방식의 공정을 통해 캐리어 필름의 박리층과 동도금층을 형성하기 때문에 초박막형 동박을 형성하는 상기 동도금층을 캐리어필름에서 물리적으로 용이하게 박리할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은, 서로 다른 전류밀도의 크기를 갖는 도금전압을 단계적으로 인가할 수 있도록 복수개의 전기도금용 도금탱크를 구비함으로써 캐리어필름에 갑자기 큰 전류밀도의 전압이 인가되는 것을 방지하여 초박막형 동박의 양산성을 향상 시키는 효과가 있다.
또한, 본 발명은, 복수개의 전기도금용 도금탱크를 통과하는 캐리어필름에 전류밀도의 크기에 따라 순차적으로 도금전압을 인가할 수 있는 다수개의 도금전압 인가부를 도금탱크에 각각 구비하여 초박막형 동도금층을 안정적으로 형성할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은, 도금탱크에 구비되는 도금액을 구성하는 황산구리, 황산, 및 광택제의 조성비를 일정하게 유지시켜 양질의 초박막형 동박을 제공할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은, 캐리어필름의 전도층을 구성하는 구리 스퍼터링층의 두께를 1000Å 내지 1500Å로 유지시켜 전기도금공정시에 전기전도도를 향상시키는 효과가 있다.
또한, 본 발명은, 캐리어필름의 박리층을 구성하는 니켈-크롬합금 스퍼터링층의 두께를 50Å 내지 150Å로 유지시켜 캐리어필름의 박리층상에 형성되는 초박막형 동박이 너무 쉽게 떨어지거나 밀착되어 결합되는 것을 방지하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은, 캐리어필름의 전도층을 형성하기 이전에 연성 절연필름의 표면에 소정의 두께로 니켈-크롬합금 스퍼터링층을 형성하여 전도층을 구성하는 구리의 밀착력을 향상시키는 효과가 있다.
또한, 본 발명은, 롤링가능한 캐리어필름을 이용하여 동도금층을 보관한 다음 용이하게 박리할 수 있기 때문에 동도금층을 박리하기 위한 별도의 시설을 필요로 하지 않아 시설비용을 감소시키면서도 양산성 및 생산성을 향상시키는 효과가 있다.
또한, 본 발명은, 중량비가 8대2인 니켈-크롬합금을 재료로 하는 스퍼터링 공정을 통해 캐리어필름의 표면을 균일하게 만드는 박리층을 형성하기 때문에 전기도금과정에서 박리층 상에 형성되는 동도금층의 두께를 균일하게 하여 표면을 매끄럽게 할 수 있으므로 다양한 제품에 응용이 가능함과 동시에 이로 인해 동도금층의 핀홀 현상을 방지하여 생산성저하를 방지하는 효과가 있다.
도 1은 종래기술에 따른 압연 동박의 제조방법을 개략적으로 나타내는 도면
도 2는 종래기술에 따른 전해 동박의 제조방법을 개략적으로 나타내는 도면
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 초박막형 동박 제조방법을 나타내는 흐름도
도 4는 도 3에 도시된 초박막형 동박 제조방법을 개략적으로 나타내는 공정도
도 5 내지 도 7은 도 4에 도시된 캐리어필름을 형성하는 스퍼터링 공정을 순차적으로 보여주는 단면도
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 전기도금공정을 개략적으로 설명하기 위한 공정도
본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
한편, 본 발명에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.
"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어"있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어"있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다"또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
각 단계들에 있어 식별부호(예를 들어, a, b, c 등)는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.
여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.
본 발명에 따른 초박막형 동박 제조방법은, 5μm 두께 이하의 초박막형 동박을 제조하는 동박 제조방법에 관한 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 초박막형 동박 제조방법을 나타내는 흐름도이고, 도 4는 도 3에 도시된 초박막형 동박 제조방법을 개략적으로 나타내는 공정도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 초박막형 동박 제조방법은, 베이스필름을 형성하는 단계(S10), 캐리어필름(100)을 형성하는 단계(S20), 및 동도금층을 형성하는 단계(S30)를 포함할 수 있다.
보다 상세하게는, 상기 베이스필름을 형성하는 단계(S10)는, PI재질 또는 PET재질을 갖는 연성 절연필름(110)의 표면상에 구리를 재료로 하는 스퍼터링 공정을 수행하여 구리 스퍼터링층으로 이루어진 전도층(120)을 형성하는 단계이다.
또한, 상기 캐리어필름(100)을 형성하는 단계는(S20)는, 상기 베이스필름의 표면상에 니켈-크롬합금을 재료로 하는 스퍼터링 공정을 수행하여 니켈-크롬합금 스퍼터링층으로 이루어져 균일한 표면을 갖는 박리층(130)을 형성하는 단계이다.
여기서, 본 발명의 실시예에 적용된 연성 절연필름(110)은 굴곡성을 부여할 수 있는 절연성의 고분자 소재일 수 있으며, 특히 PI(PolyImide; 폴리이미드)재질의 연성 절연필름은 우수한 내열성과 기계적 강도를 갖는 필름으로서 얇고 굴곡성이 뛰어나며 스퍼터링 공정에서 다른 고분자 소재에 비해 작은 열변형율을 갖는다.
또한, 본 발명의 실시예에 적용된 다른 예로서 PET(PolyEster; 폴리에스테르)재질의 연성 절연필름은 석유화학 원료인 TPA(terephthalic acid; 테레프탈산)를 얇게 가공해 만든 것으로, 내열성이 뛰어나고 외부스크래치에 강하다.
그러나, 본 발명의 실시예에서 상기 연성 절연필름(110)의 재질을 PI 및 PET재질의 필름으로 한정하는 것은 아니며 연성의 굴곡성있는 고분자필름은 적용이 가능하며, 상기 연성 절연필름(110)을 형성하는 재질의 다른 예로서는 폴리카보네이트(polycarbonate), 및 폴리에틸렌나프탈레이트(polyethylene naphthalate)등을 이용할 수도 있다.
한편, 상기 연성 절연필름(110)의 두께는 9 내지 120㎛일 수 있다. 이는 상기 연성 절연필름(110)의 두께가 9㎛미만일 경우, 상기 캐리어필름(100)을 제조하는 공정에서 취급성이 용이하지 않을 수 있으며, 두께가 120㎛를 초과할 경우, 상기 캐리어필름(100)의 유연성이 저하될 수 있다.
또한, 상기 동도금층을 형성하는 단계(S30)는, 상기 캐리어필름(100)을 황산구리, 황산, 및 광택제를 포함하는 동도금액에 수장한 다음 일정한 속도를 갖는 롤투롤 공정방식으로 통과시키면서 상기 캐리어필름(100)에 인가되는 전압의 전류밀도를 단계적으로 조절하는 전기도금공정을 수행하여 상기 캐리어필름의 박리층상에 초박막형 동박을 형성하는 단계일 수 있다.
도 5 내지 도 8을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 초박막형 동박을 제조하는 방법을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도 5 내지 도 7은 도 4에 도시된 캐리어필름을 형성하는 스퍼터링 공정을 순차적으로 보여주는 단면도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에서 도 4에 도시된 캐리어필름(100)을 형성하는 스퍼터링 공정은 도 3에서 상술한 베이스필름을 형성하는 단계(S10)와 캐리어필름을 형성하는 단계(S20)를 모두 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 전도층(120)과 접촉하는 상기 연성 절연필름(110)의 면은 RF 플라즈마를 이용한 표면처리로 형성된 표면 러프니스를 가질 수 있다. 여기서, 상기 표면 러프니스는 일정하거나 불규칙할 수 있다. 이에 따라, 상기 연성 절연필름(110)과 상기 전도층(120)간의 접착 표면적이 증대될 수 있어 상기 연성 절연필름(110)과 상기 전도층(120)간의 밀착력은 증대될 수 있다.
도 5는 상기 연성 절연필름(110)의 표면처리를 수행하는 공정을 나타내는 것으로서, 상기 연성 절연필름(110)의 표면처리는 표면처리부(200)에서 수행될 수 있다.
도면에는 도시되지 않았으나, 본 발명의 실시예에서 상기 연성 절연필름(110)은 롤러를 통해 표면처리부(200)에 공급될 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 상기 표면처리부(200)는, 일정한 공간을 사이에 두고 서로 마주하는 상부판(210)과 하부판(220)을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 상부판(210)은 RF(Radio Frequency)전압을 인가하는 상부전극부(211)를 포함하고, 상기 하부판(220)은 N극과 S극이 서로 교대로 배치된 자석(221)들을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 연성 절연필름(110)은 상기 상부판(210)과 하부판(220) 사이에 형성된 일정한 공간을 통과하며 표면처리될 수 있다.
즉, 상기 표면처리는 상기 상부전극부(211)에서 일정한 RF 전압이 인가되고 상기 공간으로 반응가스가 주입되면 RF플라즈마가 발생할 수 있으며, 상기 RF 플라즈마에 의해 반응가스가 이온화되어 이온을 발생할 수 있다.
이때, 상기 상부판(210)과 하부판(220) 사이에 형성된 일정한 공간을 통과하고 있는 상기 연성 절연필름(110)의 표면으로 상기 하부판(220)의 자석(221)들에 의해 형성된 자기장들이 상기 이온을 충돌시킴으로써 상기 연성 절연필름(110)의 표면에 일정한 또는 불규칙한 표면 러프니스가 형성될 수 있다.
여기서, 상기 RF 전압은 200 내지 450W일 수 있고, 상기 반응가스는 아르곤 가스 또는 아르곤과 산소의 결합 가스일 수 있으며, 자석(221)들에 의해서 형성되는 자기장은 3000가우스 이상인 것이 바람직하다.
이와 같이, 본 발명의 실시예에서, 상기 표면처리를 통해 상기 연성 절연필름(110)의 일면은 표면 러프니스를 가지게 되어, 상기 연성 절연필름(110)과 후속 공정에서 형성되는 전도층(120)간의 밀착력을 증대시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서, 상기 연성 절연필름(110)의 일면에 표면 처리를 수행하는 것으로 설명하였으나, 전도층(120)의 연성 절연필름(110)의 양면에 형성되는 경우에 상기 표면처리는 상기 연성 절연필름(110)의 양면에서 수행될 수 있다.
도 6은 표면 처리된 상기 연성 절연필름(110)의 일면에 구리 스퍼터링 공정을 수행하여 전도층(120)이 형성된 베이스필름을 형성하는 단계를 나타내는 것으로서, 후술하는 전기 동도금 공정에서 요구되는 물성을 만족하기 위하여 상기 구리 스퍼터링 공정에 의해 형성되는 전도층의 두께가 1000Å 내지 1500Å인 것이 바람직하다.
즉, 상기 전도층(130)의 두께가 1000Å미만일 경우, 상기 구리 전도층(120)의 전체면에 균일한 도금공정이 이루어지지 않을 수 있어 후술하는 전기도금과정에서 균일한 동도금층을 형성하는데 어려움이 있으며, 또한, 상기 전도층(120)의 두께가 1500Å를 초과할 경우 스퍼터링 공정중에 표면에 크랙이 발생할 수 있어 상기 전도층(120)의 물성이 저하될 수 있다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에서, 상기 전도층(120)은 DC플라즈마부(300)에서 형성될 수 있다.
상기 DC 플라즈마부(300)는 DC 전원을 이용한 스퍼터링 방식을 이용하는 것으로서, 상기 DC 플라즈마부(300)는 진공 챔버(310)와 상기 진공 챔버(310) 내부에 배치된 음전극(320), 상기 음전극(320) 상부에 배치된 타겟물질(330)을 포함할 수 있다.
이때, 상기 타겟 물질(330)은 상기 전도층(120)을 형성하기 위한 물질, 예컨대 구리일 수 있으며, 상기 진공 챔버(310) 내부에는 반응가스, 예컨대 아르곤 가스가 주입될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서, 상기 DC 플라즈마부(300)는 도면에는 도시되지 않았으나, 상기 연성 절연필름(110)을 상기 타겟물질과 마주하도록 지지하는 지지부를 더 구비할 수 있으며, 상기 지지부는 롤러 또는 평탄한 플레이트 형태를 가질 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 구리 스퍼터링 공정을 수행하기 위해 상기 음전극(320)에 -2500 내지 ??4000W의 DC 전압이 인가되면 진공 챔버(310) 내부에 플라즈마가 발생하여 이온이 가속될 수 있다.
여기서, 상기 가속된 이온은 상기 타겟물질(330)에 충돌하게 되어 상기 타겟물질(330)의 원자와 분자들이 상기 연성 절연필름(110)상에 증착되어 구리박막, 예컨대 1000Å 내지 1500Å의 구리 스퍼터링층으로 이루어진 전도층(120)을 형성할 수 있다.
여기서, 상기 전도층(120)은 상기 연성 절연필름(110)의 일면에 형성하는 것으로 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며 상기 연성 절연필름의 양면에 형성할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 초박막형 동박 제조방법은, 도면에는 도시되지 않았지만, 상기 표면에 전도층이 형성된 베이스필름을 형성하는 단계 이전에는, 상기 연성 절연필름의 표면상에 니켈-크롬합금을 재료로 하는 스퍼터링 공정을 수행하여 상기 전도층을 구성하는 구리의 밀착력을 향상시키는 밀착층을 형성할 수 있다.
이때, 상기 밀착층은 도 6에서 상술한 전도층(120)과 동일한 공정을 통해 50Å 내지 150Å의 두께로 형성될 수 있으며, 본 발명의 실시예에서, 타겟물질(330)은 니켈-크롬합금 일 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 밀착층은 상술한 바와 같이, 상술한 상기 연성 절연필름(110)과 전도층(120)간의 밀착력을 증대시키는 바인더 역할도 하면서 동시에 상기 연성 절연필름(110)에 함유된 수분과 같은 불순물에 의한 상기 전도층(120)의 산화를 방지하는 베리어 역할을 수행할 수 있다.
여기서, 상기 밀착층은 상술한 바와 같이, 두께가 50Å 내지 150Å일 수 있으며, 상기 밀착층의 두께가 50Å 미만일 경우에는 베리어 역할을 수행할 수 없고 150Å을 초과할 경우에는 절연필름(110)과 전도층(120)간의 밀착력을 저하시킬 수 있다.
도 7은 전도층(120)이 형성된 베이스필름의 일면에 니켈-크롬합금 스퍼터링공정을 수행하여 박리층(130)이 형성된 캐리어필름(100)을 형성하는 단계를 나타내는 것으로서, 후술하는 전기 동도금 공정에서 생성되는 초박막형 동도금층을 용이하게 박리하기 위하여 상기 니켈-크롬합금 스퍼터링공정에 의해 형성되는 박리층의 두께가 50Å 내지 150Å인 것이 바람직하다.
즉, 상기 박리층의 두께가 50Å 미만일 경우에는 후술하는 동도금층을 박리하기가 어려우며, 박리층의 두께가 150Å을 초과할 경우에는 후술하는 동도금층이 너무 쉽게 떨어질 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 박리층(130)은 도 7에 도시된 DC 플라즈마부(300)에서 도 6에서 상술한 전도층(120)과 동일한 공정을 통해 형성될 수 있으며, 이때, 타겟물질(330)은 니켈-크롬합금 일 수 있다.
상술한 바와 같이, 상기 박리층(130)은 상기 DC 플라즈마부에 의해 박막, 예컨대 50Å 내지 150Å으로 형성될 수 있으며, 본 발명의 실시예에서, 상기 박리층(130)은 상기 전도층(120)이 형성된 연성 절연필름(110)의 일면에 형성하는 것으로 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며 상기 연성 절연필름(110)의 양면에 형성할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 연성 절연필름은 도면에는 도시되지 않았으나 롤러를 통해 이동되어 상술한 표면처리공정, 전도층, 밀착층, 박리층을 형성하는 스퍼터링 공정이 이루어질 수 있다. 즉, 상기 캐리어필름(100)은 롤투롤 공정을 통해 형성될 수 있어 양산성 및 생산성을 향상시킬 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 전기도금공정을 개략적으로 설명하기 위한 공정도이다.
도 8을 참조하여 도 4에서 개략적으로 상술한 롤투롤 공정방식을 가지며 도금전압의 전류밀도를 단계적으로 조절하는 전기도금공정을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 실시예에 따른 초박막형 동박을 제조하기 위하여 캐리어필름(100)에 동도금층을 형성하는 단계(S30)는, 전체적으로 도면에 도시된 바와 같이, 캐리어필름(100)을 공급하고, 전기도금공정을 수행한 다음 세척하고 이후 동박필름을 감는 과정을 수행하며, 상기 캐리어필름(100)에 인가되는 전압의 전류밀도를 단계적으로 조절하는 전기도금공정을 수행하기 위하여 서로 다른 범위의 전류밀도를 갖는 전압이 인가되는 복수개의 전기도금용 도금탱크를 구비할 수 있으며, 도 8에 도시된 플레이팅 배스(Plating Bath)는 전기도금용액이나 전해질이 담겨있는 동도금용 탱크를 가리킨다.
본 발명의 실시예에서, 상기 복수개의 전기도금용 도금탱크는, 상기 캐리어필름(100)에 0.5 내지 5.0 ASD의 전류밀도로 도금전압이 인가되는 제 1 도금탱크(500), 및 상기 캐리어필름에 5.0 내지 8.0 ASD의 전류밀도로 도금전압이 인가되는 제 2 도금탱크(600)를 구비할 수 있다. 이때, 본 발명의 실시예에서 사용된 ASD(Ampere Per Square Deci-Metre)는
Figure 112015029158735-pat00001
당의 암페어 수를 가리키는 것으로 전류밀도의 별칭이다.
본 발명의 실시예에서, 상기 복수개의 도금탱크는, 황산구리 80 내지 160g/l, 황산 100 내지 180g/l, 및 광택제 5 내지 20g/l의 조성을 함유하는 동도금액을 포함할 수 있다. 이때, 상기 광택제는, 음이온 및 비음이온 계면 활성제를 포함한 혼합물로서, 폴리알킬에테르화합물 15%이하, 및 알킬벤젠솔튼산 10%이하의 조성비를 갖는 수용액인 것이 바람직하다.
또한, 상기 제 1 도금탱크(500)와 제 2 도금탱크(600)는 각각, 상기 캐리어필름(100)을 롤투롤방식으로 이송시키기 위하여 상기 캐리어필름의 진행방향 하측에 설치되는 세 개의 아이들러(700)와, 상기 세 개의 아이들러(700)에 대응되어 상측 및 하측 방향으로 구불구불한 형태를 가지며 진행하는 캐리어필름의 박리층 사이에 배치되어 양극전압이 인가되는 세 개의 양극판(800), 및 상기 캐리어필름(100)의 진행방향 상측에 배치되어 상기 캐리어필름(100)을 지지하면서 상기 캐리어필름의 진행방향에 대해 서로 다른 크기의 전류밀도를 가지며 단계적으로 음극전압을 인가하는 다수개의 도금전압 인가부(900)을 구비할 수 있다.
즉, 본 발명의 실시예에 따른 초박막형 동박 제조방법을 구성하는 전기도금공정은, 상기 캐리어필름(100)이 상기 제 1 도금탱크(500)와 제 2 도금탱크(600)를 구성하는 다수개의 도금전압 인가부(800)를 거치면서 0.5 내지 8.0 ASD의 전류밀도가 단계적으로 인가되어 초박막형 동박을 구성하는 동도금층이 끊어지지 않고 상기 캐리어필름(100)의 박리층(130)상에 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에서는, 도 8에 도시된 일정한 속도를 갖는 롤투롤 전기도금공정의 캐리어 필름 통과속도를 조절하여 초박막형 동박을 형성하는 동도금층의 두께를 조절할 수 있다.
이때, 상기 동도금층의 두께는, 상기 캐리어 통과속도와 반비례할 수 있으며, 예컨대, 상기 캐리어 통과속도가 2.5m/min 일 경우에 초박막형 동박을 구성하는 동도금층의 두께는 5μm이고, 상기 캐리어 통과속도가 5m/min 일 경우에 초박막형 동박을 구성하는 동도금층의 두께는 2μm으로 형성될 수 있다.
시험예 : 동도금층의 PEEL( 박리력 ) 및 인장강도 테스트
상기 실시예에 따라 두께 2μm, 및 5μm의 캐리어 필름상에 형성된 초박막형 동박을 구성하기 위한 동도금층의 박리력 테스트를 제이오텍사의 Tinius Oslen H5KT 테스트설비를 이용하여 수행하였다. 테스트 조건으로는 박리력 테스트의 경우에 속도는 300mm/min, 길이 100mm, 폭 10mm의 동도금층이 형성된 캐리어필름을 사용하였고, 인장강도 테스트의 경우에 속도 50mm/min,길이 100mm, 폭 10mm의 동박막을 사용하였다.
하기의 표 1은 실험예에 따라 형성된 동박막의 박리력 및 인장강도를 나타내는 실험데이터이다.
Cu전기도금층과 Ni/Cr스퍼터링층 사이의 박리력 동박막의 인장강도
2μm 동박 AVG 2.78 gf/cm 2μm Avg 11.90 kgf/mm²
5μm 동박 AVG 4.71 gf/cm 5μm Avg 29.88 kgf/mm²
상기의 [표 1]에 나타난 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 초박막형 동박 제조방법에 의해 생산된 동박막은 초소형 동박막에서 요구되는 박리력 2.00 내지 5.00 gf/cm의 범위와 인장강도 avg 8.00 내지 40.00 kgf/mm²의 범위를 만족하는 것을 알 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 초박막형 동박의 제조방법은, 도면에는 도시되지 않았지만, 캐리어필름의 박리층 상에 동도금층을 형성하는 단계 이후에는, 상기 캐리어필름에서 동도금층을 박리하여 초박막형 동박을 수득하는 단계를 포함할 수 있다.
상기와 같이, 본 발명은, PI 재질 또는 PET 재질로 이루어진 연성 절연필름의 표면상에 구리 및 니켈-크롬합금 스퍼터링층을 순차적으로 수행하여 전기도금이 가능하면서 표면이 매끄러운 캐리어 필름을 형성한 다음 도금전압의 전류밀도를 단계적으로 조절하는 전기도금공정을 수행하여 박리가 용이하면서 5μm 두께 이하의 초박막형 동박을 제공할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은, 롤투롤 전기도금공정의 캐리어 필름 통과속도를 조절하여 다양한 두께를 갖는 초박막형 동박을 제공할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은, 연성 절연필름에 스퍼터링 공정을 통하여 구리 및 니켈-크롬합금을 형성함으로써 전기도금이 가능한 전도층과 균일한 표면을 갖는 박리층을 쉽게 떨어지지 않게 형성할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은, 서로 다른 방식의 공정을 통해 캐리어 필름의 박리층과 동도금층을 형성하기 때문에 초박막형 동박을 형성하는 상기 동도금층을 캐리어필름에서 물리적으로 용이하게 박리할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은, 서로 다른 전류밀도의 크기를 갖는 도금전압을 단계적으로 인가할 수 있도록 복수개의 전기도금용 도금탱크를 구비함으로써 캐리어필름에 갑자기 큰 전류밀도의 전압이 인가되는 것을 방지하여 초박막형 동박의 양산성을 향상 시키는 효과가 있다.
또한, 본 발명은, 복수개의 전기도금용 도금탱크를 통과하는 캐리어필름에 전류밀도의 크기에 따라 순차적으로 도금전압을 인가할 수 있는 다수개의 도금전압 인가부를 도금탱크에 각각 구비하여 초박막형 동도금층을 안정적으로 형성할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은, 도금탱크에 구비되는 도금액을 구성하는 황산구리, 황산, 및 광택제의 조성비를 일정하게 유지시켜 양질의 초박막형 동박을 제공할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은, 캐리어필름의 전도층을 구성하는 구리 스퍼터링층의 두께를 1000Å 내지 1500Å로 유지시켜 전기도금공정시에 전기전도도를 향상시키는 효과가 있다.
또한, 본 발명은, 캐리어필름의 박리층을 구성하는 니켈-크롬합금 스퍼터링층의 두께를 50Å 내지 150Å로 유지시켜 캐리어필름의 박리층상에 형성되는 초박막형 동박이 너무 쉽게 떨어지거나 너무 밀착결합되는 것을 방지하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은, 캐리어필름의 전도층을 형성하기 이전에 연성 절연필름의 표면에 소정의 두께로 니켈-크롬합금 스퍼터링층을 형성하여 전도층을 구성하는 구리의 밀착력을 향상시키는 효과가 있다.
또한, 본 발명은, 롤링가능한 캐리어필름을 이용하여 동도금층을 보관한 다음 용이하게 박리할 수 있기 때문에 동도금층을 박리하기 위한 별도의 시설을 필요로 하지 않아 시설비용을 감소시키면서도 양산성 및 생산성을 향상시키는 효과가 있다.
또한, 본 발명은, 중량비가 8대2인 니켈-크롬합금을 재료로 하는 스퍼터링 공정을 통해 캐리어필름의 표면을 균일하게 만드는 박리층을 형성하기 때문에 전기도금과정에서 박리층 상에 형성되는 동도금층의 두께를 균일하게 하여 표면을 매끄럽게 할 수 있으므로 다양한 제품에 응용이 가능함과 동시에 이로 인해 동도금층의 핀홀 현상을 방지하여 생산성저하를 방지하는 효과가 있다.
지금까지 본 발명에 대해서 상세히 설명하였으나, 그 과정에서 언급한 실시예는 예시적인 것일 뿐이며, 한정적인 것이 아님을 분명히 하고, 본 발명은 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상이나 분야를 벗어나지 않는 범위내에서, 균등하게 대처될 수 있는 정도의 구성요소 변경은 본 발명의 범위에 속한다 할 것이다.
1 : 압연 롤러 10 : 드럼
20 : 양극판 30 : 롤러
40 : 동박 50 : 탱크
60 : 전해액 100 : 캐리어필름
110 : 연성 절연필름 120 : 전도층
130 : 박리층 200 : 표면 처리부
300 : DC 플라즈마부 500 : 제 1 도금탱크
600 : 제 2 도금탱크

Claims (13)

  1. 5μm 두께 이하의 초박막형 동박을 제조하는 동박 제조방법에 있어서,
    연성 절연필름의 표면상에 구리를 재료로 하는 스퍼터링 공정을 수행하여 표면에 전도층이 형성된 베이스필름을 형성하는 단계;
    상기 베이스필름의 표면상에 니켈-크롬합금을 재료로 하는 스퍼터링 공정을 수행하여 균일한 표면을 갖는 박리층이 형성된 캐리어필름을 형성하는 단계; 및
    상기 캐리어필름을 황산구리, 황산, 및 광택제를 포함하는 동도금액에 수장한 다음 일정한 속도를 갖는 롤투롤 공정방식으로 통과시키면서 상기 캐리어필름에 인가되는 전압의 전류밀도를 단계적으로 조절하는 전기도금공정을 수행하여 상기 캐리어필름의 박리층상에 동도금층을 형성하는 단계;를 포함하고,
    상기 동도금층을 형성하는 단계는, 상기 캐리어필름에 인가되는 전압의 전류밀도를 단계적으로 조절하는 전기도금공정을 수행하기 위하여 서로 다른 범위의 전류밀도를 갖는 전압이 인가되는 복수개의 전기도금용 도금탱크를 구비하며,
    상기 복수개의 전기도금용 도금탱크는, 상기 캐리어필름에 0.5 내지 5.0 ASD의 전류밀도로 도금전압이 인가되는 제 1 도금탱크; 및 상기 캐리어필름에 5.0 내지 8.0 ASD의 전류밀도로 도금전압이 인가되는 제 2 도금탱크;를 구비하는 것을 특징으로 하는 초박막형 동박 제조방법
  2. 제 1항에 있어서, 상기 동도금층을 형성하는 단계는,
    상기 일정한 속도를 갖는 롤투롤 전기도금공정의 캐리어 필름 통과속도를 조절하여 상기 동도금층의 두께를 조절할 수 있는 것을 특징으로 하는 초박막형 동박 제조방법
  3. 제 2항에 있어서, 상기 동도금층의 두께는,
    상기 캐리어 통과속도와 반비례하는 것을 특징으로 하는 초박막형 동박 제조방법
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 캐리어 통과속도가 2.5m/min 일 경우에 상기 동도금층의 두께는 5μm이고, 상기 캐리어 통과속도가 5m/min 일 경우에 상기 동도금층의 두께는 2μm인 것을 특징으로 하는 초박막형 동박 제조방법
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제 1항에 있어서, 상기 제 1 도금탱크와 제 2 도금탱크는 각각,
    상기 캐리어필름을 롤투롤방식으로 이송시키기 위하여 상기 캐리어필름의 진행방향 하측에 설치되는 세 개의 아이들러와;
    상기 세 개의 아이들러에 대응되어 상측 및 하측 방향으로 구불구불한 형태를 가지며 진행하는 캐리어필름의 박리층 사이에 배치되어 양극전압이 인가되는 세 개의 양극판; 및
    상기 캐리어필름의 진행방향 상측에 배치되어 상기 캐리어필름을 지지하면서 상기 캐리어필름의 진행방향에 대해 서로 다른 크기의 전류밀도를 가지며 단계적으로 음극전압을 인가하는 다수개의 도금전압 인가부;를 구비하는 것을 특징으로 하는 초박막형 동박 제조방법
  8. 제 7항에 있어서, 상기 복수개의 도금탱크는,
    황산구리 80 내지 160g/l, 황산 100 내지 180g/l, 및 광택제 5 내지 20g/l의 조성을 함유하는 동도금액을 포함하는 것을 특징으로 하는 초박막형 동박 제조방법
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 복수개의 도금탱크를 통과하며 형성된 동박막의 박리강도는 2 내지 5 gf/cm 이고 인장강도는 8 내지 40 kgf/mm²인 것을 특징으로 하는 초박막형 동박 제조방법
  10. 제 1항에 있어서, 상기 전도층이 형성된 베이스필름을 형성하는 단계는,
    구리 스퍼터링 공정에 의해 형성되는 전도층의 두께가 1000Å 내지 1500Å인 것을 특징으로 하는 초박막형 동박 제조방법
  11. 제 1항에 있어서, 상기 박리층이 형성된 캐리어필름을 형성하는 단계는,
    니켈-크롬합금 스퍼터링공정에 의해 형성되는 박리층의 두께가 50Å 내지 150Å인 것을 특징으로 하는 초박막형 동박 제조방법
  12. 제 1항에 있어서, 상기 캐리어필름의 박리층 상에 동도금층을 형성하는 단계 이후에는,
    상기 캐리어필름에서 동도금층을 박리하여 초박막형 동박을 수득하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 초박막형 동박 제조방법
  13. 제 1항에 있어서, 상기 표면에 전도층이 형성된 베이스필름을 형성하는 단계 이전에는,
    상기 연성 절연필름의 표면상에 니켈-크롬합금을 재료로 하는 스퍼터링 공정을 수행하는 단계를 포함하여 상기 전도층을 구성하는 구리의 밀착력을 향상시키는 것을 특징으로 하는 초박막형 동박 제조방법


KR1020150041412A 2015-03-25 2015-03-25 초박막형 동박 제조방법 KR101544161B1 (ko)

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