KR102334251B1 - 전자기판용 필름 및 적층체, 및 이를 포함하는 전자기판 - Google Patents

전자기판용 필름 및 적층체, 및 이를 포함하는 전자기판 Download PDF

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Abstract

일 구현예에 따른 전자기판용 필름은 10 GHz 내지 40 GHz의 주파수 범위에서 2.8 이하의 낮은 유전 상수를 가지므로, 기존의 전자기판용 필름에 대비하여 5세대(5G) 이동통신과 같은 고주파 용도에서 신호 전송률을 향상시킬 수 있다. 또한 상기 전자기판용 필름은 유연성 및 물리화학적 제반 특성 면에서도 기존의 필름 대비 동등 이상의 특성을 가지므로, FCCL과 같은 도전 필름과의 적층체 및 FPCB와 같은 전자기판의 제조에 적용되어 공정성, 내구성, 전송용량 등을 향상시킬 수 있다.

Description

전자기판용 필름 및 적층체, 및 이를 포함하는 전자기판{FILM AND LAMINATE FOR ELECTRONIC BOARD, AND ELECTRONIC BOARD COMPRISING SAME}
구현예는 연성인쇄회로기판(FPCB)과 같은 전자기판에 사용되는 필름 및 적층체, 및 이를 포함하는 전자기판에 관한 것이다.
전자기기에서 필수 부품인 회로기판 등의 전자기판은 절연성 기재 필름에 도전 패턴이 형성된 것으로, 특히 연성인쇄회로기판(FPCB)은 박형화, 경량화 및 유연화가 요구되는 최근 전자기기의 추세에 부합하고 있다.
연성인쇄회로기판은 일반적으로 기재 필름의 일면 또는 양면에 동박을 적층하여 연성동박적층체(FCCL)를 제조하고, 이의 동박을 식각하여 도전 패턴을 형성함으로써 제조된다.
기존의 전자기판은 기재 필름으로 폴리이미드(PI) 필름이 주로 이용되었으며, 최근 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN) 필름 및 액정고분자(LCP) 필름도 활발히 이용되고 있다(한국 등록특허 제1275159호 참조).
그러나, 이러한 기존의 전자기판에 사용되는 기재 필름은 고온다습 조건에서 수분을 흡수하여 필름의 절연성이 저하되거나, 내열성이 부족하고 온도에 따른 유전율 등의 전기적 특성이 적합하지 않거나, 다소 높은 가격으로 인해 사용에 어려움이 있었다.
한국 등록특허 제1275159호
따라서 구현예의 과제는 기존의 전자기판에 사용되던 기재 필름의 문제점을 해결하고, 유전 특성과 같은 전기적 특성과 함께 물리화학적 특성도 우수한 전자기판용 필름, 이와 금속과의 적층체를 제공하는 것이다.
또한 구현예의 과제는 상기 전자기판용 필름 또는 적층체를 이용하여 전송 용량 등의 성능이 개선된 전자기판을 제공하는 것이다.
일 구현예에 따르면, 1,4-시클로헥산디메탄올을 포함하는 디올 및 방향족 디카복실산이 중합된 폴리에스테르 수지를 포함하고, 10 GHz 내지 40 GHz의 주파수에서 2.8 이하의 유전 상수를 갖는, 전자기판용 필름이 제공된다.
다른 구현예에 따르면, 기재층 및 상기 기재층의 적어도 일면 상에 배치된 도전층을 포함하고, 상기 기재층이 1,4-시클로헥산디메탄올을 포함하는 디올 및 방향족 디카복실산이 중합된 폴리에스테르 수지를 포함하고, 10 GHz 내지 40 GHz의 주파수에서 2.8 이하의 유전 상수를 갖는, 전자기판용 적층체가 제공된다.
또 다른 구현예에 따르면, 기재층 및 상기 기재층의 적어도 일면 상에 배치된 도전 패턴층을 포함하고, 상기 기재층이 1,4-시클로헥산디메탄올을 포함하는 디올 및 방향족 디카복실산이 중합된 폴리에스테르 수지를 포함하고, 10 GHz 내지 40 GHz의 주파수에서 2.8 이하의 유전 상수를 갖는, 전자기판이 제공된다.
상기 구현예에 따른 전자기판용 필름은 10 GHz 내지 40 GHz의 주파수 범위에서 2.8 이하의 낮은 유전 상수를 가지므로, 기존의 전자기판용 필름에 대비하여 5세대(5G) 이동통신과 같은 고주파 용도에서 신호 전송률을 향상시킬 수 있다.
또한 상기 전자기판용 필름은 유연성 및 물리화학적 제반 특성 면에서도 기존의 필름 대비 동등 이상의 특성을 가지므로, FCCL과 같은 도전층과의 적층체 및 FPCB와 같은 전자기판의 제조에 적용되어 공정성, 내구성, 전송용량 등을 향상시킬 수 있다.
도 1은 상온에서 주파수에 따른 실시예 및 비교예의 필름의 유전 상수를 나타낸 것이다.
이하의 구현예의 설명에 있어서, 하나의 구성요소가 다른 구성요소의 상 또는 하에 형성되는 것으로 기재되는 것은, 하나의 구성요소가 다른 구성요소의 상 또는 하에 직접, 또는 또 다른 구성요소를 개재하여 간접적으로 형성되는 것을 모두 포함한다.
본 명세서에서 어떤 구성요소를 "포함"한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 그 외 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다.
또한, 본 명세서에 기재된 구성요소의 물성 값, 치수 등을 나타내는 모든 수치 범위는 특별한 기재가 없는 한 모든 경우에 "약"이라는 용어로 수식되는 것으로 이해하여야 한다.
[전자기판용 필름]
일 구현예에 따른 전자기판용 필름은, 1,4-시클로헥산디메탄올을 포함하는 디올 및 방향족 디카복실산이 중합된 폴리에스테르 수지를 포함하고, 10 GHz 내지 40 GHz의 주파수에서 2.8 이하의 유전 상수를 갖는다.
유전 상수
유전 상수(dielectric constant)는 상대유전율(relative permittivity)이라고도 불리며 경우에 따라서는 그냥 유전율로 언급되기도 한다. 엄밀하게는, 유전율(permittivity)은 전하 사이에 전기장이 작용할 때 그 전하 사이의 매질이 전기장에 미치는 영향을 나타내는 절대적 값(F/m)을 의미하고, 유전 상수는 어떤 물질의 유전율(ε)과 진공의 유전율(ε0)의 비율(εr=ε/ε0)을 의미하며 이때 진공의 유전율은 약 8.85×10-12 F/m이다.
본 명세서에서 기재하는 유전 상수의 수치는 별다른 언급이 없으면 상온(room temperature), 예를 들어 20℃ 내지 25℃, 또는 약 20℃의 온도에서의 유전 상수를 의미한다.
상기 구현예에 따른 전자기판용 필름은 10 GHz 내지 40 GHz의 주파수에서 2.8 이하의 유전 상수를 갖는다. 상기 범위 내일 때, 기존의 전자기판용 필름에 대비하여 고주파 범위에서 신호 전송률을 향상시킬 수 있다.
구체적으로, 상기 전자기판용 필름의 10 GHz 내지 40 GHz의 주파수에서의 유전 상수는 2.7 이하, 2.6 이하, 2.5 이하, 2 내지 2.8, 2 내지 2.7, 2 내지 2.6, 2 내지 2.5, 2.3 내지 2.8, 또는 2.5 내지 2.7일 수 있다.
다른 구현예에 따르면, 상기 전자기판용 필름은 3 GHz 내지 10 GHz의 주파수에서 2.8 이하의 유전 상수를 갖는다. 또 다른 구현예에 따르면, 상기 전자기판용 필름은 3 GHz 내지 40 GHz의 주파수에서 2.8 이하의 유전 상수를 갖는다.
한편, 기존에 FPCB 또는 FCCL에 주로 사용되었던 기재 필름인 PI 필름의 유전 상수는 고주파 영역에서 대체로 2.8을 초과하고, 그 외 사용되는 PET 필름 또는 PEN 필름의 유전 상수는 PI 필름 보다 약간 낮은 수준이다. 따라서, 상기 구현예에 따른 전자기판용 필름은 5세대(5G) 이동통신에 적용되는 주요 주파수 대역에서 종래보다 신호 전송률을 향상시킬 수 있다.
또한 상기 구현예에 따른 전자기판용 필름은, 100 Hz의 주파수 및 상온 내지 130℃의 온도에서 2.8 이하의 유전 상수를 가질 수 있다. 상기 범위 내일 때, 기존의 전자기판용 필름에 대비하여 다양한 외부 환경 조건에서 신호 전송률을 향상시킬 수 있다. 한편, 기존에 FPCB 또는 FCCL에 사용되었던 기재 필름인 PI 필름, PET 필름 및 PEN 필름은, 100 Hz의 주파수 및 상온 내지 130℃의 온도에서의 유전 상수가 대체로 2.8을 초과한다. 따라서, 상기 구현예에 따른 전자기판용 필름은 상온 뿐만 아니라 고온 조건에서도 종래보다 신호 전송률을 향상시킬 수 있다. 구체적으로, 상기 전자기판용 필름의 100 Hz의 주파수 및 상온 내지 130℃의 온도에서의 유전 상수는 2.7 이하, 2.6 이하, 2.5 이하, 2 내지 2.8, 2 내지 2.7, 2 내지 2.6, 2 내지 2.5, 2.3 내지 2.8, 또는 2.5 내지 2.8일 수 있다.
또한 상기 전자기판용 필름은 100 Hz의 주파수 및 130℃ 내지 200℃의 온도에서 3.0 이하의 유전 상수를 가질 수 있다. 또한 상기 전자기판용 필름은 100 Hz의 주파수 및 상온 내지 200℃의 온도에서 3.0 이하의 유전 상수를 가질 수 있다.
또한 상기 전자기판용 필름은 100 Hz의 주파수 및 상온 내지 100℃의 온도 범위에서 0.5 이하, 0.3 이하, 0.2 이하, 0.1 이하, 또는 0.05 이하의 유전 상수 편차를 가질 수 있다. 구체적으로 상기 전자기판용 필름은 100 Hz의 주파수 및 상온 내지 100℃의 온도 범위에서 0.1 이하의 유전 상수 편차를 가질 수 있다. 상기 유전 상수 편차란, 해당 온도 범위 내에서 유전 상수의 최대 값과 최소 값의 차이를 의미한다.
또한 상기 전자기판용 필름은 100 Hz의 주파수 및 100℃ 내지 130℃의 온도 범위에서 1% 내지 15%, 2% 내지 9%, 또는 3% 내지 8%의 유전 상수 증가율을 가질 수 있다. 구체적으로, 상기 전자기판용 필름은 100 Hz의 주파수 및 100℃ 내지 130℃의 온도 범위에서 2% 내지 9%의 유전 상수 증가율을 가질 수 있다. 상기 유전 상수 증가율이란, 해당 온도 범위 내에서 승온 시에 초기 유전 상수 대비 최종 유전 상수의 증가분의 백분율을 의미한다.
또한 상기 전자기판용 필름은 100 Hz의 주파수 및 130℃ 내지 200℃의 온도 범위에서 0.1 이상, 0.2 이상, 0.3 이상, 0.4 이상, 0.5 이상, 0.1 내지 1, 0.3 내지 1, 또는 0.4 내지 0.7의 유전 상수 편차를 가질 수 있다. 상기 유전 상수 편차란, 해당 온도 범위 내에서 유전 상수의 최대 값과 최소 값의 차이를 의미한다.
필름 특성
상기 전자기판용 필름의 두께는 1 ㎛ 내지 500 ㎛, 5 내지 250 ㎛, 10 내지 150 ㎛, 10 ㎛ 내지 100 ㎛, 10 ㎛ 내지 80 ㎛, 또는 40 ㎛ 내지 60 ㎛일 수 있다. 일례로서, 상기 전자기판용 필름은 10 내지 150 ㎛의 두께를 가질 수 있다.
상기 전자기판용 필름은 연신된 필름인 것이 결정성이 높아 기계적 물성이 우수한 점에서 바람직하다. 구체적으로, 상기 전자기판용 필름은 2축으로 연신된 폴리에스테르 필름일 수 있으며, 예를 들어 길이 방향(MD) 및 폭 방향(TD)에 대해 각각 2.0 내지 5.0의 연신비로 연신된 필름일 수 있다.
상기 전자기판용 필름의 유리전이온도(Tg)는 80℃ 내지 110℃, 80℃ 내지 95℃, 85℃ 내지 105℃, 또는 90℃ 내지 105℃일 수 있다.
또한 상기 전자기판용 필름의 용융온도(Tm)는 255℃ 내지 290℃, 255℃ 내지 285℃, 250℃ 내지 280℃, 또는 255℃ 내지 280℃일 수 있다.
상기 전자기판용 필름에 포함되는 폴리에스테르 수지는 121℃ 및 100%RH 조건에서 96 시간 처리 후에 초기 대비 고유점도(IV)가 50% 이상, 60% 이상, 70% 이상, 80% 이상, 70% 내지 90%, 또는 75% 내지 85%일 수 있다.
구체적으로, 상기 폴리에스테르 수지는 121℃ 및 100%RH 조건에서 96 시간 처리 후에 초기 대비 70% 내지 90%의 고유점도(IV)를 가질 수 있다. 상기 범위 내일 때, 고온다습 조건에서 가수분해에 의한 필름의 특성 저하를 방지하는데 유리하다.
또한 상기 폴리에스테르 수지의 고유점도(IV)는 0.6 dl/g 내지 0.9 dl/g, 0.65 dl/g 내지 0.85 dl/g, 또는 0.7 dl/g 내지 0.8 dl/g,일 수 있다. 또한 상기 폴리에스테르 수지의 121℃ 및 100%RH 조건에서 96 시간 후의 고유점도(IV)는 0.5 dl/g 내지 0.8 dl/g, 0.6 dl/g 내지 0.7 dl/g, 0.5 dl/g 내지 0.6 dl/g, 또는 0.55 dl/g 내지 0.65 dl/g일 수 있다.
상기 전자기판용 필름은 파단이 발생할 때까지의 135°각도의 반복 폴딩 횟수가 100회 이상, 1000회 이상, 1만회 이상, 5만회 이상, 10만회 이상, 15만회 이상 또는 20만회 이상일 수 있다. 상기 범위 내일 때, 잦은 폴딩에도 파단이 발생하지 않아서 플렉서블 전자소자에 적용이 유리하다.
또한, 상기 전자기판용 필름은 투습도가 10 g/m2ㆍday 내지 100 g/m2ㆍday, 10 g/m2ㆍday 내지 50 g/m2ㆍday, 또는 10 g/m2ㆍday 내지 30 g/m2ㆍday일 수 있다.
또한, 상기 전자기판용 필름은 380 nm의 파장에서 투과율이 10% 이하, 5% 이하, 또는 3% 이하일 수 있다. 일례로서, 상기 전자기판용 필름은 10 g/m2ㆍday 내지 50 g/m2ㆍday의 투습도, 및 380 nm의 파장에서 5% 이하의 투과율을 가질 수 있다.
상기 전자기판용 필름은 35% 내지 55%의 결정화도를 가질 수 있다. 상기 범위 내일 때 인장강도 등의 기계적 물성이 우수하면서도 과도한 결정화가 방지될 수 있다. 예를 들어, 상기 전자기판용 필름의 결정화도는 35% 내지 50%, 40% 내지 55%, 35% 내지 50%, 45% 내지 55%, 또는 40% 내지 50%일 수 있다.
상기 전자기판용 필름은, 면내 서로 수직한 제 1 방향 및 제 2 방향을 정의할 때, 150℃ 및 30분 조건에서 상기 제 1 방향의 열수축률(s1)에 대한 상기 제 2 방향의 열수축률(s2)의 비율(s2/s1)이 1 내지 5 일 수 있다. 구체적으로, 상기 열수축률의 비율(s2/s1)은 1 내지 4, 1 내지 3, 또는 1.5 내지 4일 수 있다. 또한, 상기 제 1 방향의 열수축률(s1)은 1% 이하, 0.8% 이하, 0.6% 이하, 또는 0.4% 이하일 수 있다. 예를 들어, 상기 s1은 0% 내지 1.0%, 0% 내지 0.8%, 0% 내지 0.6%, 또는 0% 내지 0.4%일 수 있다. 또한, 상기 제 2 방향의 열수축률(s2)은 3% 이하, 2% 이하, 1.5% 이하, 1.2% 이하, 또는 1% 이하일 수 있다. 예를 들어, 상기 s2는 0.2% 내지 3%, 0.2% 내지 2%, 또는 0.2% 내지 1.5%일 수 있다. 일례로서, 상기 제 1 방향이 필름의 폭 방향(TD)이고, 상기 제 2 방향이 필름의 길이 방향(MD)일 수 있다. 상기 전자기판용 필름은 상술한 열수축 특성을 가지므로 도전 필름과의 적층 시에 고온 조건에서 수축에 의한 들뜸이 발생하지 않아서 층간 박리 등에 의한 성능 저하를 방지할 수 있다.
필름 조성
상기 전자기판용 필름은 디올 및 디카복실산이 중합된 폴리에스테르 수지를 포함한다. 이와 같은 폴리에스테르 수지는 상기 디올 및 상기 디카복실산을 에스테르 교환반응시킨 후 중합하여 얻어질 수 있다.
상기 디올은 1,4-시클로헥산디메탄올(CHDM)을 포함하며, 예를 들어, 상기 디올의 총 몰 수를 기준으로 CHDM을 50 몰% 이상, 70 몰% 이상, 80 몰% 이상, 85 몰% 이상, 90 몰% 이상, 95 몰% 이상, 또는 98 몰% 이상 포함할 수 있다. 상기 디올에 포함되는 CHDM은 폴리에스테르 수지의 모듈러스를 낮출 수 있고 또한 Tg를 향상시켜 내열성 및 내가수분해성을 높일 수 있다. 일례로서, 상기 디올은 1,4-시클로헥산디메탄올(CHDM)을 100 몰%로 포함할 수 있다.
상기 디올은 CHDM 이외의 디올을 추가로 포함할 수 있다. 즉 상기 폴리에스테르 수지는 공중합 폴리에스테르 수지일 수 있다.
상기 추가적인 디올의 구체적인 예로는 에틸렌글리콜, 1,3-프로판디올, 1,2-옥탄디올, 1,3-옥탄디올, 2,3-부탄디올, 1,3-부탄디올, 1,4-부탄디올, 1,5-펜탄디올, 2,2-디메틸-1,3-프로판디올(네오펜틸글리콜), 2-부틸-2-에틸-1,3-프로판디올, 2,2-디에틸-1,5-펜탄디올, 2,4-디에틸-1,5-펜탄디올, 3-메틸-1,5-펜탄디올, 1,1-디메틸-1,5-펜탄디올 및 이들의 혼합물을 들 수 있다.
상기 디카복실산은 1종 또는 2종 이상의 방향족 디카복실산을 포함한다.
예를 들어 상기 방향족 디카복실산은 테레프탈산, 디메틸테레프탈산 또는 이의 조합을 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 방향족 디카복실산은 상기 방향족 디카복실산의 총 몰 수를 기준으로 테레프탈산을 75 몰% 내지 97 몰%, 구체적으로 80 몰% 내지 95 몰%, 82 몰% 내지 95 몰%, 또는 85 몰% 내지 95 몰%로 포함할 수 있다. 또는, 상기 방향족 디카복실산은 상기 방향족 디카복실산의 총 몰 수를 기준으로 테레프탈산을 80 몰% 이상, 또는 90 몰% 이상, 구체적으로 80 몰% 이상 100 몰% 미만, 90 몰% 이상 100 몰% 미만, 93 몰% 이상 100 몰% 미만, 또는 95 몰% 이상 100 몰% 미만으로 포함할 수 있다.
이에 따라, 상기 폴리에스테르 수지는 반복단위로서 1,4-시클로헥산디메틸렌 테레프탈레이트를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 폴리에스테르 수지는 폴리(1,4-시클로헥실렌디메틸렌테레프탈레이트)(PCT) 수지를 포함할 수 있다.
상기 PCT 수지는 테레프탈산(TPA) 또는 디메틸테레프탈산(DMT)과 1,4-시클로헥산디메탄올(CHDM)의 에스테르 혹은 에스테르 교환 및 중축합 반응에 의해 제조되는 결정성 폴리에스테르 수지로서 우수한 녹는점(Tm)과 결정화 특성을 가질 수 있다. 또한 PCT 수지는 범용 폴리에스테르인 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)와 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT)에 비해 뛰어난 내열성, 내화학성, 내흡습성, 및 흐름성을 가질 수 있다. 상기 전자기판용 필름은 PCT 수지를 포함함으로써, 가열, 연신 등을 거치는 제조 과정에서 결정화도가 상승하고, 인장강도 등의 기계적 물성이 향상될 수 있다.
한편 상기 PCT 수지는 결정성이 너무 높아질 경우 필름 제조를 위해 압출하거나 필름을 연신 시에 원치 않는 결정화가 발생할 수 있다. 이에 따라 상기 폴리에스테르 수지는 결정화 속도를 낮추기 위하여 상기 방향족 디카복실산으로서 이소프탈산을 추가로 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 방향족 디카복실산은 상기 방향족 디카복실산의 총 몰 수를 기준으로 이소프탈산을 3 몰% 내지 25 몰%로 포함할 수 있다. 구체적으로 상기 방향족 디카복실산은 상기 방향족 디카복실산의 총 몰 수를 기준으로 이소프탈산을 5 몰% 내지 20 몰%, 5 몰% 내지 18 몰%, 또는 5 몰% 내지 15 몰%로 포함할 수 있다. 또는, 상기 방향족 디카복실산은 상기 방향족 디카복실산의 총 몰 수를 기준으로 이소프탈산을 10 몰% 이하, 구체적으로 0 몰% 초과 7 몰% 이하, 또는 0 몰% 초과 5 몰% 이하의 양으로 포함할 수 있다. 상기 범위 내일 때, CHDM이 포함됨에 따라 지나치게 높아지게 되는 결정화 속도를 낮추면서, 중합체의 용융온도(Tm)를 낮추어 중합체의 취급성을 높이는데 보다 유리하다.
이에 따라, 상기 폴리에스테르 수지는 반복단위로서 1,4-시클로헥산디메틸렌테레프탈레이트 및 1,4-시클로헥산디메틸렌이소프탈레이트를 함께 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 폴리에스테르 수지는 폴리(1,4-시클로헥실렌디메틸렌테레프탈레이트-코-이소프탈레이트)(PCTA) 수지를 포함할 수 있다. 이외에도 상기 디카복실산은 디메틸테레프탈산, 나프탈렌디카복실산, 오르토프탈산 등의 방향족 디카복실산; 아디프산, 아젤라산, 세바스산, 데칸디카복실산 등의 지방족 디카복실산; 지환족 디카복실산; 및 이들의 에스테르화물로 구성되는 군으로부터 선택되는 1종 이상을 더 포함할 수 있다.
상기 전자기판용 필름은 상기 전자기판용 필름의 중량을 기준으로 폴리에스테르 수지, 구체적으로 PCT 및 PCTA 수지 중 적어도 1종을 총 85 중량% 이상 포함할 수 있고, 보다 구체적으로 90 중량% 이상, 95 중량% 이상, 또는 99 중량% 이상 포함할 수 있다.
다른 예로서, 상기 전자기판용 필름은 PCT 또는 PCTA 수지 이외에 다른 폴리에스테르 수지를 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 전자기판용 필름은 상기 전자기판용 필름의 중량을 기준으로 약 15 중량% 이하의 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 수지 또는 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN) 수지를 더 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 전자기판용 필름은 상기 전자기판용 필름의 중량을 기준으로 약 0.1 중량% 내지 10 중량%, 또는 약 0.1 중량% 내지 5 중량%의 PET 또는 PEN 수지를 더 포함할 수 있다.
상기 폴리에스테르 수지는 30,000 g/mol 내지 50,000 g/mol, 또는 30,000 g/mol 내지 40,000 g/mol의 중량평균분자량(Mw)을 가질 수 있다.
전자기판용 필름의 제조방법
상기 전자기판용 필름의 제조방법은, (1) 1,4-시클로헥산디메탄올을 포함하는 디올 및 디카복실산이 중합된 폴리에스테르 수지를 포함하는 조성물을 압출하여 시트를 형성하는 단계; (2) 상기 시트를 길이 방향 및 폭 방향으로 연신하는 단계; 및 (3) 상기 연신된 시트를 열고정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 제조방법에서 전자기판용 필름은 원료 수지를 압출하고 예열, 연신 및 열고정을 거쳐 제조된다. 이때 상기 전자기판용 필름의 원료로 사용되는 폴리에스테르 수지의 조성은 앞서 예시한 바와 같다. 또한 상기 방법에 의해 최종 제조되는 필름이, 상기 구현예에 따른 전자기판용 필름의 특성(유전 상수 범위)를 만족하도록 조성 및 공정 조건을 조절한다. 구체적으로, 최종 필름이 상기 특성을 만족하기 위해서는, 폴리에스테르 수지의 압출 및 캐스팅 온도를 조절하고, 연신 시의 예열 온도, 각 방향별 연신비, 연신온도, 이동 속도 등을 조절하거나, 연신 이후에 열처리 및 이완을 수행하면서 열처리 온도 및 이완율을 조절할 수 있다.
이하 예시적인 공정 조건을 기재하나 이에 한정되지 않는다.
상기 폴리에스테르 수지는 압출 이전에 건조될 수 있으며, 이때의 건조 온도는 색변을 방지하기 위해 150℃ 이하인 것이 좋다. 상기 압출은 230℃ 내지 300℃, 또는 250℃ 내지 290℃의 온도 조건에서 수행될 수 있다.
상기 전자기판용 필름은 연신하기 전 일정 온도에서 예열된다. 상기 예열 온도의 범위는 상기 폴리에스테르 수지의 유리전이온도(Tg)를 기준으로 Tg+5℃ 내지 Tg+50℃를 만족하는 범위, 예를 들어 70℃ 내지 90℃의 범위일 수 있다. 상기 범위 내일 때, 상기 전자기판용 필름이 연신되기에 용이한 유연성을 확보함과 동시에, 연신 중에 파단되는 현상을 효과적으로 방지할 수 있다.
상기 연신은 이축 연신으로 수행되며, 예를 들어 동시 이축연신법 또는 축차 이축연신법을 통해 길이 방향(기계방향, MD) 및 폭 방향(텐터방향, TD)의 2축으로 연신될 수 있다. 바람직하게는 먼저 한 방향으로 연신한 다음 그 방향의 직각 방향으로 연신하는 축차 이축연신법이 수행될 수 있다.
상기 길이 방향 연신비는 2.0 내지 5.0 범위이며, 보다 구체적으로 2.8 내지 3.5 범위일 수 있다. 또한 상기 폭 방향 연신비는 2.0 내지 5.0 범위이며, 보다 구체적으로 2.9 내지 3.7 범위일 수 있다. 바람직하게는 길이 방향 연신비와 폭 방향 연신비는 유사하며, 구체적으로 상기 폭 방향의 연신비(d1)에 대한 길이 방향의 연신비(d2)의 비율(d2/d1)이 0.5 내지 1.0, 0.7 내지 1.0, 또는 0.9 내지 1.0일 수 있다. 상기 연신비(d1, d2)는 연신 전의 길이를 1.0으로 했을 때, 연신 후의 길이를 나타내는 비이다. 또한 상기 연신의 속도는 6.5 m/min 내지 8.5 m/min일 수 있으나 특별히 한정되지 않는다.
상기 연신된 시트는 150℃ 내지 250℃, 보다 구체적으로 200℃ 내지 250℃에서 열고정될 수 있다. 상기 열고정은 5초 내지 1분 동안 수행될 수 있고, 보다 구체적으로, 10초 내지 45분 동안 수행될 수 있다.
열고정을 시작한 후에 필름은 길이 방향 및/또는 폭 방향으로 이완될 수 있으며, 이때의 온도 범위는 150℃ 내지 250℃일 수 있고, 이완율은 1% 내지 10%, 또는 3% 내지 7%일 수 있다.
상기 구현예에 따른 전자기판용 필름은 고주파 대역에서 유전 특성이 우수하고, 유연성 및 물리화학적 제반 특성 면에서도 기존의 필름 대비 동등 이상의 특성을 가지므로, FCCL과 같은 도전 필름과의 적층체 및 FPCB와 같은 전자기판의 제조에 적용되어 공정성, 내구성, 전송용량 등을 향상시킬 수 있다.
[전자기판용 적층체]
일 구현예에 따른 전자기판용 적층체는, 기재층 및 상기 기재층의 적어도 일면 상에 배치된 도전층을 포함하고, 상기 기재층이 1,4-시클로헥산디메탄올을 포함하는 디올 및 방향족 디카복실산이 중합된 폴리에스테르 수지를 포함하고, 10 GHz 내지 40 GHz의 주파수에서 2.8 이하의 유전 상수를 갖는다.
상기 전자기판용 적층체는 동박적층체(CCL), 구체적으로 연성동박적층체(FCCL)를 포함할 수 있다.
기재층
상기 기재층은 앞서 설명한 일 구현예에 따른 전자기판용 필름과 동일한 특성 및 조성을 가질 수 있다.
도전층
상기 도전층은 도전성 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 도전층은 도전성 금속을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 도전층은 금속 호일일 수 있다. 예를 들어, 상기 도전층은 구리, 니켈, 금, 은, 아연 및 주석으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 금속을 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 도전층은 구리 호일(동박)일 수 있다.
상기 도전층의 두께는 6 ㎛ 내지 200 ㎛일 수 있고, 구체적으로 10 ㎛ 내지 150 ㎛, 10 ㎛ 내지 100 ㎛, 또는 20 ㎛ 내지 50 ㎛일 수 있다
접착층
상기 전자기판용 적층체는 구성 요소 간의 접합력을 높이기 위해 접착층을 추가로 포함할 수 있다. 예를 들어 상기 기재층과 상기 도전층 사이에 접착층이 삽입될 수 있다.
상기 접착층은 열경화성 수지, 예를 들어 에폭시계 수지를 포함할 수 있다. 상기 에폭시계 수지는, 예를 들어 비스페놀형 에폭시 수지; 스피로 고리형 에폭시 수지; 나프탈렌형 에폭시 수지; 비페닐형 에폭시 수지; 테르펜형 에폭시 수지; 글리시딜 에테르형 에폭시 수지; 글리시딜 아민형 에폭시 수지; 노볼락형 에폭시 수지 등을 들 수 있다.
상기 에폭시계 수지는 약 80 g/eq 내지 1,000 g/eq, 또는 약 100 g/eq 내지 300 g/eq의 에폭시 당량을 가질 수 있다. 또한, 상기 에폭시계 수지는 약 10,000 g/mol 내지 50,000 g/mol의 범위의 수평균 분자량을 가질 수 있다.
상기 접착층의 두께는 1 ㎛ 내지 50 ㎛일 수 있다. 더 자세하게, 상기 접착층의 두께는 10 ㎛ 내지 50 ㎛, 또는 20 ㎛ 내지 40 ㎛일 수 있다.
비아
상기 전자기판용 적층체는 상기 기재층을 두께 방향으로 관통하면서 상기 도전층들을 전기적으로 연결하는 비아를 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 전자기판용 적층체는 상기 기재층을 두께 방향으로 관통하는 홀을 포함하고, 상기 홀의 내부에 비아가 형성되어 상기 기재층의 양면에 적층된 도전층들을 전기적으로 연결할 수 있다.
상기 홀은 예를 들어 100 ㎛ 내지 300 ㎛의 범위, 또는 120 ㎛ 내지 170 ㎛의 범위의 직경을 가질 수 있다.
상기 홀은 필요에 따라 상기 적층체에 다수 존재할 수 있다.
상기 비아는 도전성 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 비아는 상기 구리, 니켈, 금, 은, 아연 및 주석으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 금속을 포함할 수 있다.
상기 비아는 상기 홀의 내부가 도전성 물질로 채워지거나, 솔더 또는 도전 봉 등이 삽입되거나, 또는 도금됨으로써 형성된 것일 수 있다.
[전자기판]
일 구현예에 따른 전자기판은, 기재층 및 상기 기재층의 적어도 일면 상에 배치된 도전 패턴층을 포함하고, 상기 기재층이 1,4-시클로헥산디메탄올을 포함하는 디올 및 방향족 디카복실산이 중합된 폴리에스테르 수지를 포함하고, 10 GHz 내지 40 GHz의 주파수에서 2.8 이하의 유전 상수를 갖는다.
상기 전자기판은 인쇄회로기판(PCB), 구체적으로 연성인쇄회로기판(FPCB)를 포함할 수 있다.
기재층
상기 기재층은 앞서 설명한 일 구현예에 따른 전자기판용 필름과 동일한 특성 및 조성을 가질 수 있다.
도전 패턴층
상기 도전 패턴층은 하나 이상의 도전 패턴을 포함한다.
상기 도전 패턴은 도전성 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 도전 패턴은 도전성 금속을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 도전 패턴은 구리, 니켈, 금, 은, 아연 및 주석으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 금속을 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 도전 패턴은 구리 패턴을 포함할 수 있다.
상기 도전 패턴의 형태는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들어 라인 패턴 또는 평면 나선 패턴을 포함할 수 있다.
또한, 상기 도전 패턴층은 회로 패턴을 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 도전 패턴층은 인쇄회로 패턴을 포함할 수 있다.
또한 상기 도전 패턴층은 단자 패턴을 포함할 수 있다. 상기 단자 패턴은 외부의 회로와 전기적으로 연결될 수 있다.
접착층
또한 상기 전자기판은 구성 요소 간의 접합력을 높이기 위해 접착층을 추가로 포함할 수 있다. 예를 들어 상기 기재층과 상기 도전 패턴층 사이에 접착층이 삽입될 수 있다.
상기 접착층의 조성 및 특성은 앞서 설명한 전자기판용 적층체에서의 접착층과 동일할 수 있다.
비아
또한 상기 전자기판은 상기 기재층을 두께 방향으로 관통하면서 상기 도전 패턴들을 전기적으로 연결하는 비아를 더 포함할 수 있다.
상기 비아의 조성 및 특성은 앞서 설명한 전자기판용 적층체에서의 비아와 동일할 수 있다.
[실시예]
이하 실시예를 통해 보다 구체적으로 설명하나, 이들 범위로 한정되는 것은 아니다.
제조예: 수지 A
디올로서 1,4-시클로헥산디메탄올(CHDM) 100 몰부, 및 디카복실산으로서 이소프탈산(IPA) 5 몰부 및 테레프탈산(TPA) 95 몰부를 교반기와 증류탑이 부착된 오토클레이브에 투입하고, 에스테르 교환반응 촉매로서 아세트산망간을 테레프탈산의 0.01 중량%의 양으로 투입한 후, 290℃에서 에스테르 교환반응을 수행하였다. 에스테르 교환반응 완료 후, 중합 촉매로서 Ti를 0.001 중량% 투입하고, 10분간 교반하였다. 이어서, 상기 반응물을 진공 설비가 구비된 별도 반응기로 이송한 후, 300℃에서 180분 동안 중합하여 수지 A를 얻였다.
제조예: 수지 B 내지 F의 제조
상기 수지 A의 제조예의 절차를 반복하되, 디올 및 디카복실산 모노머의 종류 및 양을 하기 표와 같이 변경하여 각각의 수지 B 내지 E를 제조하였다.
구 분 디올(몰%) 디카복실산(몰%)
EG CHDM NDC TPA IPA
수지 A - 100 - 95 5
수지 B - 100 - 90 10
수지 C - 100 - 85 15
수지 D 100 - - 100 -
수지 E 100 100 - -
실시예 1 내지 3 및 비교예 1 및 2: 폴리에스테르 필름의 제조
상기 제조한 수지 A를 150℃ 이하의 온도에서 건조하고, 압출기로 약 280℃에서 압출하고, 캐스팅롤로 약 20℃에서 캐스팅하여 시트를 형성하였다. 상기 시트를 예열 후, 110℃의 온도에서 길이 방향(MD) 및 폭 방향(TD)으로 연신하였다. 이후, 연신된 시트를 약 30초 동안 열고정하여 각각의 폴리에스테르 필름을 제조하였다. 필름 제조에 사용된 수지와 공정 조건을 하기 표에 정리하였다.
구 분 원료
수지		 연신비 R/H 열고정 이완율
MD TD (℃) (℃) (%)
실시예 1 수지 A 2.9 3.7 750 240 5
실시예 2 수지 B 2.95 3.7 750 240 5
실시예 3 수지 C 3 3.75 750 240 5
비교예 1 수지 D 3 3.8 750 240 5
비교예 2 수지 E 3.1 3.8 750 240 5
비교예 3
SKC코오롱PI사에서 시판하는 두께 50 ㎛ 폴리이미드(PI) 필름을 사용하였다.
유전 상수
상기 실시예 및 비교예의 필름의 유전 상수를 유전시험키트(Dielectric Assessment Kit, DAK-TL, SPEAG사)를 이용하여 얻고, 하기 표 3 및 4, 및 도 1에 나타내었다.
구 분 유전 상수 (상온)
주파수 실시예 1 비교예 1 비교예 2 비교예 3
10 GHz 2.59 2.73 2.65 2.87
15 GHz 2.63 2.77 2.7 2.92
20 GHz 2.66 2.8 2.73 2.95
25 GHz 2.62 2.76 2.69 2.89
28 GHz 2.59 2.72 2.65 2.85
30 GHz 2.57 2.7 2.63 2.83
35 GHz 2.55 2.69 2.62 2.84
40 GHz 2.65 2.83 2.72 3.04
구 분 유전 상수 (100 Hz)
온도(℃) 실시예 1 비교예 1 비교예 2 비교예 3
25.7 2.62 2.86 2.82 3.05
50.2 2.64 2.89 2.82 3.03
75.4 2.64 2.90 2.82 2.98
100.5 2.63 2.91 2.80 2.90
125.7 2.72 3.00 2.78 2.85
149.5 2.74 3.12 2.82 2.82
175.1 2.99 3.16 2.91 2.81
200.5 2.71 2.80 2.96 2.79
상기 표 3 및 도 1에서 보듯이, 실시예 1의 필름은 비교예 1 내지 3의 필름에 비해 5G 이동통신 등 신호 전달이 우수한 고주파 영역에서 유전 상수가 낮아서 회로기판용 필름으로 사용되기에 적합하였다. 또한 상기 표 4에서 보듯이, 실시예 1의 필름은 비교예 1 내지 3의 필름에 비해 다양한 온도 조건에서 유전 상수가 낮아서 고온에서 성능 저하를 방지할 수 있다.
유리전이온도(Tg)
필름 샘플의 유리전이온도(Tg)를 시차주사열량계(DSC, Q2000, TA Instrument사)를 이용하여 측정하여, 하기 표에 나타내었다.
열수축률
필름 샘플을 20 mm x 150 mm로 재단하고 오븐에서 150℃에서 30분간 열처리하여, 열처리 전 및 후의 길이 방향(MD) 및 폭 방향(TD) 각각에 대해 열수축률(%)을 측정하여, 하기 표에 나타내었다.
고유점도(IV)
필름 샘플에 대해 고유점도(IV)를 측정하였다. 또한 고온고압 반응기(pressure cooker)에서 121℃ 및 100%RH 조건으로 96시간 처리하고 고유점도(IV)를 측정하였다. 그 결과를 하기 표에 나타내었다.
구 분 두께 Tg Tm IV (dL/g) 열수축률 (%)
(㎛) (℃) (℃) 0 hr 96 hr MD TD
실시예 1 50 93 280 0.75 0.614 0.5 0.2
실시예 2 50 91 269 0.78 0.628 0.98 0.35
실시예 3 50 90 261 0.74 0.608 0.4 0.1
비교예 1 50 78 250 0.64 0.287 1.1 0.3
비교예 2 50 122 266 0.68 0.438 0.4 0.25
비교예 3 50 216 - - - 0.1 0.1
상기 표에서 보듯이, 실시예에서 제조된 필름은 비교예의 필름에 비해 고온다습 조건에서도 점도의 변화가 매우 적었고 그 외 물성도 우수하였다.

Claims (15)

1,4-시클로헥산디메탄올을 포함하는 디올 및 방향족 디카복실산이 중합된 폴리에스테르 수지를 포함하고,
10 GHz 내지 40 GHz의 주파수에서 2.8 이하의 유전 상수를 갖고, 100 Hz의 주파수 및 상온 내지 100℃의 온도 범위에서 0.1 이하의 유전 상수 편차를 갖고,
폭 방향의 연신비(d1)에 대한 길이 방향의 연신비(d2)의 비율(d2/d1)이 0.5 내지 0.8인, 전자기판용 필름.
제 1 항에 있어서,
상기 전자기판용 필름이 100 Hz의 주파수 및 상온 내지 130℃의 온도에서 2.8 이하의 유전 상수를 갖는, 전자기판용 필름.
삭제
제 2 항에 있어서,
상기 전자기판용 필름이 100 Hz의 주파수 및 100℃ 내지 130℃의 온도 범위에서 2% 내지 9%의 유전 상수 증가율을 갖는, 전자기판용 필름.
제 2 항에 있어서,
상기 전자기판용 필름이 100 Hz의 주파수 및 130℃ 내지 200℃의 온도 범위에서 0.2 이상의 유전 상수 편차를 갖는, 전자기판용 필름.
제 1 항에 있어서,
상기 전자기판용 필름이 3 GHz 내지 10 GHz의 주파수에서 2.8 이하의 유전 상수를 갖는, 전자기판용 필름.
제 1 항에 있어서,
상기 방향족 디카복실산이, 상기 방향족 디카복실산의 총 몰수를 기준으로, 이소프탈산을 3 몰% 내지 25 몰%로 포함하는, 전자기판용 필름.
제 1 항에 있어서,
상기 폴리에스테르 수지는 121℃ 및 100%RH 조건에서 96 시간 처리 후에 초기 대비 70% 내지 90%의 고유점도(IV)를 갖는, 전자기판용 필름.
제 1 항에 있어서,
상기 전자기판용 필름이 파단이 발생할 때까지의 135°각도의 반복 폴딩 횟수가 100회 이상인, 전자기판용 필름.
제 1 항에 있어서,
상기 전자기판용 필름이 35% 내지 55%의 결정화도를 갖는, 전자기판용 필름.
제 1 항에 있어서,
상기 전자기판용 필름이, 면내 서로 수직한 제 1 방향 및 제 2 방향을 정의할 때, 150℃ 및 30분 조건에서 상기 제 1 방향의 열수축률(s1)은 1% 이하이고, 상기 제 2 방향의 열수축률(s2)은 3% 이하이고, 상기 제 1 방향의 열수축률에 대한 상기 제 2 방향의 열수축률의 비율(s2/s1)이 1 내지 5인, 전자기판용 필름.
기재층 및 상기 기재층의 적어도 일면 상에 배치된 도전층을 포함하고,
상기 기재층이 1,4-시클로헥산디메탄올을 포함하는 디올 및 방향족 디카복실산이 중합된 폴리에스테르 수지를 포함하고, 10 GHz 내지 40 GHz의 주파수에서 2.8 이하의 유전 상수를 갖고, 100 Hz의 주파수 및 상온 내지 100℃의 온도 범위에서 0.1 이하의 유전 상수 편차를 갖고, 상기 기재층의 폭 방향의 연신비(d1)에 대한 길이 방향의 연신비(d2)의 비율(d2/d1)이 0.5 내지 0.8인, 전자기판용 적층체.
제 12 항에 있어서,
상기 전자기판용 적층체가 연성동박적층체(FCCL)를 포함하는, 전자기판용 적층체.
기재층 및 상기 기재층의 적어도 일면 상에 배치된 도전 패턴층을 포함하고,
상기 기재층이 1,4-시클로헥산디메탄올을 포함하는 디올 및 방향족 디카복실산이 중합된 폴리에스테르 수지를 포함하고, 10 GHz 내지 40 GHz의 주파수에서 2.8 이하의 유전 상수를 갖고, 100 Hz의 주파수 및 상온 내지 100℃의 온도 범위에서 0.1 이하의 유전 상수 편차를 갖고, 상기 기재층의 폭 방향의 연신비(d1)에 대한 길이 방향의 연신비(d2)의 비율(d2/d1)이 0.5 내지 0.8인, 전자기판.
제 14 항에 있어서,
상기 전자기판이 연성인쇄회로기판(FPCB)를 포함하는, 전자기판.
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