KR101989826B1 - 인쇄회로기판의 회로패턴 형성방법 및 이에 의해 형성된 회로패턴을 구비하는 인쇄회로기판 - Google Patents

Abstract

본 발명은 인쇄회로기판의 회로패턴 형성방법 및 이에 의해 형성된 회로패턴을 구비하는 인쇄회로기판에 관한 것으로, 절연필름을 마련하는 단계와, 상기 절연필름에 도전성 금속 분말이 포함된 도전성 페이스트를 인쇄하여 회로패턴을 형성하는 단계와, 상기 절연필름에 형성된 상기 회로패턴에 근적외선을 방사하여 건조시키는 단계와, 상기 회로패턴에 도금층을 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명은 절연필름과 회로패턴의 부착력이 우수하고 회로패턴의 신축이 방지되므로 다층구조로 구성하더라도 인쇄회로기판의 절연필름 층간 편심 불량을 방지할 수 있는 이점이 있다.

Description

인쇄회로기판의 회로패턴 형성방법 및 이에 의해 형성된 회로패턴을 구비하는 인쇄회로기판{Circuit pattern making method for printed circuit board, and printed circuit board having circuit pattern made by the method}

본 발명은 인쇄회로기판의 회로패턴 형성방법 및 이에 의해 형성된 회로패턴을 구비하는 인쇄회로기판에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 절연필름과 회로패턴의 부착력이 우수하고 다층구조에서 치수 안정성이 우수한 인쇄회로기판의 회로패턴 형성방법 및 이에 의해 형성된 회로패턴을 구비하는 인쇄회로기판에 관한 것이다.

인쇄회로기판은(PCB,Printed Circuit Board)은 전자기기의 각 부품을 전기적으로 연결하는 회로가 인쇄된 기판이다.

최근에는 휴대폰, 테블릿 PC, 캠코더 등 모바일 기기의 증가에 의해 인쇄회로기판과 인쇄회로기판을 연결하는 플랙시블한 인쇄회로기판의 사용이 증가하고 있다. 플랙시블한 인쇄회로기판은 연성회로기판(FPCB, Flexible Printed Circuit Board)이라 한다.

연성회로기판은 복잡한 회로를 유연한 절연필름 위에 형성한 회로기판이다.

이와 관련된 선행기술로는 국내공개특허 제10-2006-0005142호(2006.01.17)"연성회로기판 및 그 제조방법"이 있다.

이러한 연성회로기판은 최근에 절연필름에 도전성 페이스트로 회로패턴을 그리고 고온의 열풍을 가해 건조시키는 잉크젯 방식이 사용되고 있다.

그러나, 도전성 페이스트를 이용한 잉크젯 방식은 열 경화 과정에서 고온으로 인해 절연필름이 신축하여 치수 안정성이 확보되지 않고, 건조시 도전성 페이스트에 포함된 바인더가 빠져나오면서 발생하는 버블 현상에 의해 도전성 페이스트 표면 상태가 고르지 못하게 되며, 고르지 못한 표면 상태와 내부의 바인더 잔류 물질들에 의해 회로패턴과 절연필름 간의 접착력이 저하되어 의도하지 않은 상황에서 회로패턴과 절연필름이 서로 분리되는 층간 분리 현상이 발생할 수 있다.

본 발명의 목적은 절연필름과 회로패턴의 부착력이 우수하고 절연필름의 신축이 방지되며 다층구조에서 편심이 방지되고 치수 안정성이 확보되도록, 절연필름에 도전성 금속 분말이 포함된 도전성 페이스트를 스크린 인쇄 방법으로 회로패턴을 직접 형성한 후 근적외선 방사를 통해 회로패턴을 건조하여 경화시키는 인쇄회로기판의 회로패턴 형성방법 및 이에 의해 형성된 회로패턴을 구비하는 인쇄회로기판을 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 절연필름을 마련하는 단계와, 상기 절연필름에 도전성 금속 분말이 포함된 도전성 페이스트를 이용하여 회로패턴을 형성하는 단계와, 상기 절연필름의 신축이 방지되도록 상기 절연필름에 형성된 상기 회로패턴에 근적외선을 방사하여 건조시키는 단계와, 상기 회로패턴에 도금층을 형성하는 단계;를 포함하여 상기 절연필름을 다층으로 적층시 상기 절연필름의 층간 편심을 제어한다.

상기 회로패턴을 형성하는 단계는, 상기 절연필름에 도전성 금속 분말이 포함된 도전성 페이스트를 인쇄하여 회로패턴을 형성한다.

상기 도전성 페이스트는 나노 크기의 도전성 금속 분말과 바인더를 포함한다.

상기 나노 크기의 도전성 금속 분말은 은, 구리, 알루미늄, 니켈 중 선택된 1종 또는 이들의 혼합물이다.

상기 근적외선은 0.76~1.5㎛ 파장범위의 전자파이다.

상기 근적외선은 150℃의 온도로 30분간 방사한다.

상기 절연필름에 형성된 상기 회로패턴에 근적외선을 방사하여 건조시키는 단계에서, 흡인수단을 더 추가하여, 상기 근적외선을 방사하는 근적외선 램프에 의한 열이 상기 회로패턴에 도달하지 않도록 한다.

상기 절연필름은 폴리이미드 필름이다.

상기 회로패턴을 커버하는 도금층이 형성된 절연필름을 적층하여 다층으로 형성하는 단계를 더 포함한다.

본 발명은 절연필름에 나노 은 분말이 포함된 도전성 페이스트를 스크린 인쇄하여 회로패턴을 형성하고 근적외선 방사를 통해 건조하므로, 회로패턴의 내부와 외부에서 균일하고 빠른 건조가 이루어지고, 이로 인해 회로패턴의 표면 상태가 우수하고 회로패턴과 절연필름 간의 부착력이 우수하다.

따라서 후속하는 도금 공정에서 의도하지 않은 상황에서 회로패턴과 절연필름이 분리되는 문제가 발생하지 않는다.

또한, 근적외선 방사를 통한 회로패턴의 건조 방식은 절연필름에 영향을 주지않고 회로패턴의 경화가 가능하므로 절연필름의 신축을 방지하여 다층구조로 형성한 연성회로기판에서 문제가 되는 절연필름 층간의 편심 불량을 방지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 회로패턴을 전사하지 않고 절연필름에 회로패턴을 직접 형성하여 다층으로 형성하는 것이 가능하므로 인쇄회로기판(연성회로기판)의 제조비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 의한 인쇄회로기판의 회로패턴 형성방법을 보인 구성도.
도 2는 근적외선의 파장범위를 보인 도면.
도 3은 폴리이미드 필름에 형성한 프리미어층, 회로패턴 및 층간 구성도(a) 및 폴리이미드 필름에 형성한 회로패턴 및 층간 구성도(b)를 보인 도면.
도 4는 폴리이미드 필름에 형성한 회로패턴의 건조시 근적외선(NIR)을 사용하는 경우(a)와 열원으로 열(히트, 가스)을 사용하는 경우(b) 열에너지가 전달되는 방식을 비교한 도면.
도 5는 근적외선 경화 방식으로 150℃에서 30분 회로패턴을 경화한 경우(a)와 열(열풍) 경화 방식으로 220℃에서 30분 회로패턴을 경화한 경우(b)를 비교한 사진.
도 6은 도 5의 열(열풍) 경화 방식(a)과 근적외선 경화 방식(b)을 이용하여 회로패턴을 경화한 후 구리 도금 공정을 수행한 비교 사진.
도 7 내지 도 9는 표 2에 해당하는 회로기판의 접착 강도를 측정한 그래프.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

본 발명의 인쇄회로기판의 회로패턴 형성방법은, 절연필름을 마련하는 단계와, 절연필름에 도전성 금속 분말이 포함된 도전성 페이스트를 인쇄하여 회로패턴을 형성하는 단계와, 절연필름에 형성된 회로패턴에 근적외선을 방사하여 건조시키는 단계와, 회로패턴에 도금층을 형성하는 단계를 포함한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 인쇄회로기판의 회로패턴 형성방법에 의해 형성된 인쇄회로기판은 절연필름(10)에 회로패턴(20)이 형성되고, 회로패턴(20)의 상부를 도금층(30)이 커버하는 구조이다.

절연필름(10)은 필요한 치수로 재단하여 마련한다.

절연필름(10)은 폴리이미드 필름(PI,Polyimide Film)이다. 폴리이미드 필름은 내열성이 우수하며, 얇고 굴곡성이 뛰어나 플랙시블한 인쇄회로기판의 제조가 가능하도록 한다.

도전성 페이스트는 도전성 금속 분말과 바인더를 포함한다. 도전성 금속 분말은 은, 구리, 알루미늄, 니켈 중 선택된 1종 또는 이들의 혼합물일 수 있다.

바람직하게는, 도전성 금속 분말은 나노 크기의 은(Ag) 분말을 사용한다. 여기서, 나노 크기는 평균 입경이 3㎛ 이하를 의미한다.

즉, 은 나노 분말이 포함된 도전성 페이스트를 절연필름에 직접 스크린 인쇄하고, 근적외선 방사로 경화시킴으로서 절연필름에 회로패턴인 은(Ag) 배선(Ag 전극)을 형성한다. 은 나노 분말은 은 사용량을 줄이면서도 도전성을 향상시키고 배선 폭의 미세화가 가능하게 한다.

도전성 페이스트는 나노 입자의 균일 분산을 위한 분산제 및 소포제, 탈포제 등을 더 포함할 수 있다.

도전성 페이스트의 인쇄는 스크린 인쇄한다.

스크린 인쇄는 회로패턴 배선 폭의 미세화를 가능하게 한다. 본 실시예의 경우 도전성 금속분말의 도포 두께는 50~60㎛이고, 배선 폭은 50~100㎛인 것이 바람직하다.

또한, 근적외선 방사에 의한 회로패턴의 건조는 균일하고 빠른 건조로 인해 회로패턴의 배선 폭 및 두께 조절이 용이하도록 한다. 회로패턴은 근적외선 방사에 의한 건조로 경화된다.

근적외선은 0.76~1.5㎛ 파장범위의 전자파이다.

근적외선은 적외선에 포함되는 파장이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 적외선은 가시광선인 적색의 빛보다 파장이 긴 전자파로 근적외선(NIR), 중간적외선(MIR), 원적외선(FIR)으로 구분한다. 0.76~1.5㎛ 파장범위의 전자파를 근적외선, 1.5~5.6㎛ 파장범위의 전자파를 중간적외선, 5.6㎛~1mm 파장범위의 전자파를 원적외선이라 한다.

근적외선은 절연필름에 형성된 회로패턴을 내부와 외부에서 균일하게 건조하고, 바인더에 복사에너지가 쉽게 흡수되어 건조시간을 단축시키므로 회로패턴의 표면 상태를 우수하게 하고 바인더가 균일하게 분포되어 경화되도록 한다. 바인더가 균일하게 분포되어 경화되면 회로패턴과 절연필름과의 접착성이 높아진다.

근적외선은 근적외선 램프를 이용하여 방사하며, 근적외선을 방사하기 위한 광원으로는 텅스텐 램프, 중적외선 램프, 글로바, 원적외선 램프, 고압수은 램프 중 선택된 하나 이상이 사용될 수 있다. 여기서, 글로바는 탄화규소를 소결한 막대로서 전류를 흐르게 하여 1000℃ 정도에서 사용하는 적외선 광원이다.

근적외선은 150℃의 온도로 30분간 방사한다. 이는 열풍을 이용하여 고온 경화하는 방법에 비해 약 30℃ 낮은 온도에서 동일한 저항 특성을 구현한다. 이에 따라 동일 소결 조건이라면 근적외선의 온도를 낮추어 절연필름에 영향을 주지 않고 스크린 인쇄된 회로패턴만을 경화함으로써 절연필름의 신축 또는 손상을 방지할 수 있다.

절연필름에 형성된 회로패턴에 근적외선을 방사하여 건조시키는 단계에서, 흡인수단을 더 추가하여, 근적외선 램프에 의한 열이 회로패턴에 도달하지 않도록 할 수 있다.

흡인수단은 근적외선 램프에서 방사되는 미세한 열을 흡인하여 절연필름의 신축 또는 손상을 방지한다. 흡인수단은 예를 들어, 모터에 연동하여 작동되는 흡인팬일 수 있다.

회로패턴의 건조 후에는 회로패턴(20)에 도금층(30)을 형성한다. 도금층(30)은 회로패턴이 형성된 절연필름을 구리 도금액에 침지하여 전해 구리 도금하거나, 절연필름에 구리 도금액을 분사하는 방법으로 형성할 수 있다. 도금층은 회로패턴을 감싸도록 된다.

회로패턴을 커버하는 도금층이 형성된 절연필름을 적층하여 2개 이상의 다층으로 형성하는 단계를 더 포함한다. 이때, 회로패턴을 커버하는 도금층이 형성된 절연필름과 절연필름은 층간 접착제인 본딩시트를 이용하여 다층으로 적층한다.

다층으로 적층하는 절연필름의 경우 절연필름에 회로패턴을 형성하기 전 비아홀을 형성하는 단계를 선수행할 수 있다. 비아홀에는 필요한 층끼리 전기적으로 연결하기 위한 도금이 수행된다.

다층으로 적층한 절연필름은 회로패턴의 근적외선 경화로 인해 절연필름의 신축이 발생하지 않으므로 비아홀이 틀어지는 절연필름 층간 편심(Align) 문제가 발생하지 않는다.

절연필름은 폴리이미드 필름을 예로 들어 설명하였으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 폴리이미드 필름 외에도 유연성이 있는 PEN 필름, PET 필름, PC 필름, PSS 필름 등이 절연필름으로 사용될 수 있다.

이하에서는, 본 발명의 실시예를 비교예와 대비하여 더욱 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명의 범위가 하기의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아님을 밝혀둔다.

<실시예>_본 발명

폴리이미드 필름(10)에 나노 크기의 은 분말과 바인더를 포함하는 도전성 페이스트를 스크린 인쇄하여 회로패턴(20)을 형성하고, 근적외선 방사에 의해 건조시켰다. 이 후, 구리 도금하여 건조된 회로패턴을 커버하는 도금층(30)을 형성하였다.

폴리이미드 필름에 형성한 회로패턴 및 층간 구성도는 도 3의 (b)에 도시되어 있다.

<비교예>_기존

폴리이미드 필름(1)에 프리미어층(3)을 적층한 후, 프리미어층(5)에 나노 크기의 은 분말과 바인더를 포함하는 도전성 페이스트를 스크린 인쇄하여 회로패턴(7)을 형성하고, 고온의 열풍을 이용하여 회로패턴을 건조시켰다. 이후, 구리 도금하여 건조된 회로패턴을 커버하는 도금층(9)을 형성하였다.

폴리이미드 필름(1)에 적층한 프리미어층(3), 회로패턴(5) 및 층간 구성도는 도 3의 (a)에 도시되어 있다.

실시예의 경우 폴리이미드 필름(10)과 회로패턴(20)의 계면 밀착력만 확보되면 되지만, 비교예의 경우 폴리이미드 필름(1)과 프리미어층(3), 프리미어층(3)과 회로패턴(5)의 계면 밀착력이 확보되어야 하므로 비교예의 경우 실시예에 비해 구리 도금시 층간 분리에 더 취약하다.

도 4에는 폴리이미드 필름에 형성한 회로패턴의 건조시 근적외선(NIR)을 사용하는 경우(a)와 열원으로 열(히트, 가스)을 사용하는 경우(b) 열에너지가 전달되는 방식이 도시되어 있다.

도 4의 (a)에 의하면, 근적외선 건조방식의 경우 복사열을 통한 회로패턴 내부와 외부에서 균일하게 건조가 발생한다. 이 경우 건조시간이 단축되고 빠른 건조로 인해 회로패턴 표면상태가 우수하게 된다. 또한 바인더가 균일하게 분포되어 경화되므로 폴리이미드 필름과 회로패턴의 접착성이 우수하게 된다.

도 4의 (b)에 의하면, 열 건조방식의 경우 회로패턴 표면으로부터 건조가 발생한다. 이 경우 내부에 빠져나가지 못한 수분에 의해 버블현상이 일어나 회로패턴 표면상태가 고르기 못하게 된다. 그리고 도전성 페이스트에 포함된 바인더 성분이 열에 의해 회로패턴 표면으로 이동하여 폴리이미드 필름과 회로패턴의 접착성이 떨어지게 된다.

아래의 표 1은 근적외선 경화 방식 및 열 경화 방식의 경화조건에 대한 평균저항을 측정한 것이다.

구분	근적외선 경화			열 경화
경화조건	130℃ 30min	140℃ 30min	150℃ 30min	160℃ 30min	180℃ 30min	200℃ 30min	220℃ 30min
평균저항 [Ω]	321.15	184.85	89.07	246.56	88.53	18.08	19.43

표 1에 의하면, 근적외선 경화 및 열 경화 모두 경화 온도가 상승할수록 저항은 감소하였으며, 근적외선 경화가 열 경화에 비해 약 30℃ 낮은 온도에서 동일한 저항 특성이 구현됨이 확인되었다.

연성회로기판에 적용되는 폴리이미드 필름의 경우 200℃의 고온에서도 필름의 휨 등이 발생하지 않는 안정적인 재료이나 적용되는 열에 의해 필름의 신축이 발생할 수 있다. 이 경우 연성회로기판에서 온도에 따른 신축율 차이로 인해 절연필름 층간 편심이 발생하는 편심 불량이 발생할 수 있다.

따라서, 근적외선 경화를 적용하여 경화 온도를 낮춤으로써 신축 등의 필름 손상을 방지할 수 있다.

도 5에는 근적외선 경화 방식으로 150℃에서 30분 회로패턴을 경화한 경우(a)와 열(열풍) 경화 방식으로 220℃에서 30분 회로패턴을 경화한 경우(b)를 비교한 사진이 도시되어 있다.

도 5에 도시된 바에 의하면, 근적외선 경화 방식과 열 경화 방식에서 모두 회로패턴이 경화되고, 열 경화 방식에서 필름 신축이 발생했음이 확인된다.

이를 통해 근적외선 경화 방식은 온도를 낮추면서 회로패턴의 경화가 가능한 방법이고, 필름의 신축을 억제할 수 있는 방법임을 알 수 있다.

도 6에는 도 5의 근적외선 경화 방식(b)과 열(열풍) 경화 방식(a)을 이용하여 회로패턴을 경화한 후 구리 도금 공정을 수행한 경우를 비교한 사진이 도시되어 있다.

도 6에 도시된 바에 의하면, 근적외선 경화 방식에서는 부착력에 문제없이 도금이 잘 된 반면, 열 경화 방식에서는 회로패턴의 부착력이 약하여 구리 도금 공정 중에 회로패턴이 폴리이미드 필름에서 분리되었다.

이를 통해, 근적외선 경화 방식이 폴리이미드 필름과 회로패턴의 부착력을 높이는 방법임을 알 수 있다.

아래의 표 2는 근적외선(NIR) 경화시 경화 조건에 따른 회로기판의 접착 강도(Peel Strength(kgf))를 측정한 것이다.

구분	Peel Strength(kgf)
경화조건	NIR 150℃ 30min	NIR 170℃ 30min	NIR 180℃ 30min	NIR 190℃ 30min
DGP-UPT 01 (sample #6)	0.5	0.70	0.91	1.30
수지량3배	0.36	1.0	1.05	0.90
수지량4배	미도금	0.50	0.95	0.80

표 2에 의하면, 경화 온도에 따라 회로기판의 접착 강도가 차이가 발생하였다.

표 2에 도시된 회로기판의 접착 강도는 도 7 내지 도 9의 그래프에 근거한 것이다.

도 7 내지 도 9에 도시된 회로기판의 접착 강도는 폴리이미드 필름으로부터 회로패턴을 벗겨내기 위해 폴리이미드 필름의 단위 폭당 가압하는 힘의 세기를 측정한 것이다.

이를 통해, 근적외선 경화 방식의 경우 나노 크기의 도전성 금속 분말에 대한 바인더 수지량과 경화 온도 범위의 설정이 중요함을 알 수 있다.

본 발명의 권리범위는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.

1:절연필름(PI 필름) 3:프리미어층
5:회로패턴(Ag 전극) 7:도금층(동도금)
10:절연필름(폴리이미드 필름) 20:회로패턴(Ag 전극)
30:도금층(동도금)

Claims (9)

1. 절연필름을 마련하는 단계;
   상기 절연필름에 도전성 금속 분말이 포함된 도전성 페이스트를 스크린 인쇄하여 회로패턴을 형성하는 단계;
   상기 절연필름의 신축이 방지되도록 상기 절연필름에 형성된 상기 회로패턴에 근적외선을 방사하여 건조시키는 단계;
   상기 회로패턴에 도금층을 형성하는 단계;를 포함하여
   상기 절연필름을 다층으로 적층시 상기 절연필름의 층간 편심을 제어하며,
   상기 도전성 페이스트는
   나노 크기의 도전성 금속 분말과 바인더를 포함하고,
   상기 근적외선은 0.76~1.5㎛ 파장범위를 가지며,
   상기 근적외선은 150℃의 온도로 30분간 방사하고,
   상기 절연필름에 형성된 상기 회로패턴에 근적외선을 방사하여 건조시키는 단계에서,
   흡인수단을 더 추가하여, 상기 근적외선을 방사하는 근적외선 램프에 의한 열이 상기 회로패턴에 도달하지 않도록 하며,
   상기 절연필름은 폴리이미드 필름, PEN 필름, PET 필름, PC 필름 및 PSS 필름 중 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 인쇄회로기판의 회로패턴 형성방법.
2. 삭제
3. 삭제
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 나노 크기의 도전성 금속 분말은 은, 구리, 알루미늄, 니켈 중 선택된 1종 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 인쇄회로기판의 회로패턴 형성방법.
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제
9. 청구항 1 또는 청구항 4의 방법에 의해 형성된 회로패턴을 구비하는 것을 특징으로 하는 인쇄회로기판.

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