KR102514454B1 - 연성회로 동장 적층판과 이를 이용한 인쇄회로 기판 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 연성회로 동장 적층판은, 폴리머 필름, 상기 폴리머 필름의 적어도 일 면에 형성되는 타이코트(tiecoat) 층 및 상기 타이코트 층에 형성되는 구리(Cu) 층을 포함하며, 상기 타이코트 층은, 몰리브덴(Mo), 나이오븀(Nb) 및 니켈(Ni)을 함유하는 합금으로 이루어진다.

Description

연성회로 동장 적층판과 이를 이용한 인쇄회로 기판 및 그 제조 방법{Flexible circuit clad laminate, printed circuit board using it, and method of manufacturing the same}

본 발명은 연성회로 동장 적층판과 이를 이용한 인쇄회로 기판 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 고온 박리강도가 우수한 연성회로 동장 적층판과 이를 이용한 인쇄회로 기판 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

인쇄 회로기판(PCB; Printed circuit board)은 각종 부품을 접속할 전기 배선을 회로 설계에 따라 배선 도형으로 표현한 것으로 각종 부품을 연결하거나 지지해주는 역할을 한다. 특히, 노트북 컴퓨터, 휴대폰, PDA, 소형 비디오 카메라 및 전자수첩 등의 전자기기의 발달에 따라 인쇄 회로기판의 수요가 증대되었다. 나아가 상기의 전자기기들은 휴대성이 강조되면서 점점 소형화 및 경량화 되어가는 추세이다. 따라서 인쇄 회로기판은 더욱 집적화, 소형화, 경량화 되고 있다.

상기 인쇄 회로기판은 그 물리적 특성에 따라 리지드(rigid) 인쇄 회로기판, 연성(flexible) 인쇄 회로기판, 이 두 가지가 결합된 리지드-플렉서블 인쇄 회로기판 및 리지드-플렉서블 인쇄 회로기판과 유사한 멀티-플렉서블 인쇄 회로기판으로 나뉜다. 특히, 연성 인쇄 회로기판의 원자재인 연성회로 동장 적층판(FCCL; flexible circuit clad laminate)은 휴대폰, 디지털캠코더, 노트북, LCD 모니터 등 디지털 가전제품에 사용되는 것으로서 굴곡성이 크고 경박단소화에 유리한 특성 때문에 최근 수요가 급속히 증가하고 있다.

연성회로 동장 적층판은 폴리머 필름층과 금속 전도층을 적층한 것으로 가요성을 갖는 것이 특징이다. 연성회로 동장 적측판은 특히 유연성이나 굴곡성이 요구되는 전자기기 또는 전자기기의 소재 부분에 이용되며, 전자기기의 소형화, 경량화에 공헌하고 있다.

이와 같은 기술과 관련된 종래의 연성회로 동장 적층판은 크게 동박에 폴리이미드계 수지를 도포하는 방식과 폴리머 필름 위에 구리를 증착하는 방식으로 나뉘어진다. 특히 구리 증착 방식은 매우 얇은 두께의 구리막 형성이 가능하다.

증착 방식의 연성회로 동장 적층판은 폴리머 필름 위에 스퍼터링(sputtering) 방식으로 타이코트(tiecoat)층을 형성한 후, 이를 구리 전해 도금조를 통해 연속적으로 통과시키면서 구리를 전해 도금하여 제조한다.

상기 제작된 연성회로 동장 적층판은 회로 형성 후 회로상에 반도체 칩이나 전기 소자 등이 실장되어 사용되며, 드라이버 IC(Driver IC)의 소형화, 다핀화, 협 피치(pitch)화가 급속히 진행되고 있는 상황이다. 따라서, 물성이 우수한 연성회로 동장 적층판이 더욱 요구되는 실정이다.

본 발명은 상술한 종래기술을 고려하여 창안된 것으로서, 특히 고온 박리강도 특성이 우수한 연성회로 동박 적층판을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 연성회로 동장 적층판은, 폴리머 필름, 상기 폴리머 필름의 적어도 일 면에 형성되는 타이코트(tiecoat) 층 및 상기 타이코트 층에 형성되는 구리(Cu) 층을 포함하며, 상기 타이코트 층은, 몰리브덴(Mo), 나이오븀(Nb) 및 니켈(Ni)을 함유하는 합금으로 이루어진다.

상기 타이코트 층은, 10wt% 내지 70.0wt% 의 몰리브덴(Mo), 0.5wt% 내지 20.0wt% 의 나이오븀(Nb) 및 잔부의 니켈(Ni)을 함유하는 합금으로 이루어질 수 있다.

150℃ 168시간의 열처리 이 후 상기 폴리머 필름과 타이코트 층 사이의 계면의 산소 분율은 10at% 이하이며, 박리강도는 0.85kgf/cm 이상일 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 연성회로 동장 적층판의 제조방법은, (a) 폴리머 필름을 준비하는 단계; (b) 상기 폴리머 필름의 적어도 일 면에 타이코트 층을 형성하는 단계; 및 (c) 상기 타이코트 층에 구리 층을 형성하는 단계; 를 포함하며, 상기 (b)단계에서, 상기 타이코트 층은, 몰리브덴(Mo), 나이오븀(Nb) 및 니켈(Ni)을 함유하는 합금으로 이루어진다.

본 발명에 따르면, 폴리머 필름 상에 형성되는 타이코트층을 이루는 합금이 니켈(Ni), 몰리브덴(Mo) 및 나이오븀(Nb)을 포함하도록 하며, 고온 열처리 후 폴리머 필름과 타이코트 층의 계면에서 측정되는 산소 분율이 10% 이하로서 고온박리강도가 0.85kgf/cm이상으로 나타나는 연성회로 동장 적층판을 얻을 수 있다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 상술한 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 본 발명에 따른 연성회로 동장 적층판의 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 연성회로 동장 적층판의 제조 방법을 나타내는 순서도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 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 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1은 본 발명에 따른 연성회로 동박 적층판의 단면도이고, 도 2는 본 발명에 따른 연성회로 동박 적층판의 제조 방법을 나타내는 순서도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 연성회로 동박 적층판은 폴리머 필름(1), 타이코트 층(2) 및 구리 층(3)이 순차적으로 적층되어 이루어진다.

상기 폴리머 필름(1)은 열 경화성 수지, 열 가소성 수지, 폴리에스테르 수지, 폴리이미드 수지, 축중합체 또는 이들로부터 선택된 적어도 2 이상의 혼합물 중 적어도 하나로 이루어진 단일층 또는 복합층의 필름이다. 상기 폴리머 필름(1)은 필러(filler)(또는 필러 없이), 직조 유리(woven glass), 비 직조 유리(non woven glass) 및/또는 다른 섬유재료로 만들어질 수 있다.

상기 열 경화성 수지로는 페놀 수지, 페놀알데하이드 수지, 푸란 수지, 아미노플라스트 수지, 알키드 수지, 알릴 수지, 에폭시 수지, 에폭시 프리프레그(prepreg), 폴리우레탄 수지, 열 경화성 폴리에스테르 수지, 실리콘 수지 등이 사용될 수 있다. 상기 열 가소성 수지로는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌/비닐 공중합체, 에틸렌 아크릴산 공중합체 등이 사용될 수 있다. 상기 폴리에스테르 수지로는 2가 지방족과 방향족 카르복실산과 디올 또는 트리올로 제조된 것들이 사용될 수 있다. 상기 폴리이미드 수지는 특히 유용한데, 이것은 4가 산 2 무수물(tetrabasic acid dianhydride)을 방향족 디아민과 접촉시켜 폴리아믹산을 산출한 후 이것이 열 또는 촉매에 의해 고분자 중량 선형 폴리이미드로 변화하는 반응을 통해서 얻을 수 있다. 상기 축중합체로는 폴리아미드, 폴리에테르 이미드, 폴리술폰, 폴리에테르술폰, 폴리벤즈아졸, 방향족 폴리술폰 등이 사용될 수 있다.

상기 폴리머 필름(1)은 타이코트 층(2)을 증착시키기 전에 전처리 공정을 거치게 된다. 즉, 상기 폴리머 필름(1)은 표면의 오염 물질을 제거하고 표면을 개질하기 위해 타이코트 층(2)의 형성에 앞서 플라즈마 처리 된다. 이러한 전처리 공정에 있어서, 전처리 가스로는 질소(N2) 가스가 이용되고, 전처리 전압은 높을수록 타이코트 층(2)과 폴리머 필름(1) 계면의 산소 분율이 낮아지게 된다.

상기 타이코트 층(2)은 폴리머 필름(1)의 양 면 중 적어도 일 면에 형성되는 것으로서, 몰리브덴(Mo), 나이오븀(Nb) 및 잔부의 니켈(Ni)을 함유하는 합금으로 이루어진다. 상기 타이코트 층(2)은 폴리머 필름(1)에 건식 도금법의 일종인 스퍼터링(sputtering)법에 의해 증착될 수 있으며, 대략 5nm 내지 35nm 의 두께로 형성되는 것이 바람직하며, 특히 대략 20nm 두께로 형성되는 것이 바람직하다. 상기 타이코트 층(2)의 두께가 5nm 미만인 경우에는 배선 패턴 형성을 위한 에칭 시에 박리 강도 저하의 염려가 있으며, 35nm를 초과하는 경우에는 에칭 공정이 용이하지 않게 되는 문제점이 있다.

상기 합금의 전체 중량 대비 몰리브덴의 함량은 대략 10wt% 내지 70.0wt% 인 것이 바람직하다.

상기 몰리브덴의 함량이 10wt% 미만인 경우에는 에칭성이 떨어지는 문제점, 즉 부식전류 밀도값이 지나치게 낮게 측정되는 문제점이 있다. 상기 부식전류 밀도가 일정 수준 미만으로 측정되는 경우 에칭 시에 잔사가 남으므로 이온 마이그레이션(ion-migration) 발생으로 인해 배선간 단락의 문제가 발생할 수 있다. 반대로 상기 몰리브덴의 함량이 70.0wt%를 초과하는 경우에는 타이코트 층(2)의 가공성이 떨어지는 현상이 발생될 수 있다. 여기서, 상기 타이코트 층(2)의 가공성이 떨어진다는 것은 취성이 강해진다는 것을 의미하는 것이다. 따라서, 가공성이 떨어지는 경우 스퍼터링 시에 타겟이 깨지는 현상이 발생될 수 있다.

상기 합금의 전체 중량 대비 나이오븀의 함량은 0.5wt%~20.0wt%인 것이 바람직하다.

상기 나이오븀의 함량이 0.5wt% 미만인 경우에는 연성회로 동장 적층판의 상온 박리강도가 지나치게 약해지는 문제점이 있다. 상기 박리 강도가 일정 수치 미만 으로 떨어지는 경우에는 협피치화가 적용된 연성회로 동장 적층판에 있어서, 외부 온도 변화에 따른 박리 현상(폴리머 필름-타이코트 사이의)이 발생될 수 있다. 반대로, 상기 나이오븀의 함량이 20.0wt%를 초과하는 경우에는 에칭성이 지나치게 떨어지는 문제점이 있다. 상기 에칭성이 지나치게 떨어지는 경우에는 앞서 설명한 바와 같이 에칭시에 잔사가 남음으로 인해 배선 간의 단락 문제가 발생될 수 있다.

따라서, 물성이 우수한 연성회로 동장 적층판을 얻기 위해서는 타이코트 층(2)을 이루는 합금에 함유된 몰리브덴의 함량 범위를 10wt% 내지 70.0wt% 로 제한하고, 나이오븀의 함량 범위를 0.5wt% 내지 20.0wt% 로 제한하는 것이 바람직하다.

한편, 상기 타이코트 층(2)의 형성을 위한 스퍼터링 공정 시에 챔버의 진공도를 조절함으로써 타이코트 층(2)이 갖는 산소 함유량을 조절할 수 있는데, 150℃ 168시간의 고온 열처리가 진행된 이 후에 있어서 폴리머 필름(1)과 접하는 타이코트 층(2)의 계면 영역에서의 산소 분율은 10at% 이하로 제한되는 것이 바람직하다. 이는, 상기 타이코트 층(2)의 계면 영역에서의 산소 함유량이 10at%를 초과하는 경우에는 특히 고온 박리강도 특성이 떨어지는 현상이 발생되기 때문이다. 한편, 상기 계면 영역에서의 산소 함유량이 0at%에 근접할 수록 고온 박리강도 특성은 더욱 향상될 수 있다.

상기 구리 층(3)은 타이코트 층(2)의 상부에 형성되는 것으로서 구리 시드 층(3a) 및 구리 피막 층(3b)을 포함한다. 상기 구리 시드 층(3a)은 타이코트 층(2)에 스퍼터링법에 의해 증착되어 형성되는 층으로서, 대략 10nm 내지 100nm 두께로 형성되며, 바람직하게는 대략 60nm 두께로 형성된다.

상기 피막 층(3b)은 구리 시드 층(3a) 상에 전해 도금법에 의해 형성되는 구리 층으로서, 대략 5㎛ 내지 15㎛ 두께로 형성되는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 8㎛ 내지 8.5㎛ 두께로 형성될 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 연성회로 동장 적층판은 전처리 공정을 거친 폴리머 필름(1)을 준비하는 단계(S1), 타이코트 층(2)을 형성하는 단계(S2), 구리 시드 층(3a)을 형성하는 단계(S3) 및 구리 피막 층(3b)을 형성하는 단계(S4)를 거쳐 제조된다.

본 발명의 이러한 제조 방법에 따라 제조된 연성회로 동장 적층판은 니켈, 몰리브덴 및 나이오븀의 함유량을 일정 범위로 조절하는 것에 의해서 우수한 물성을 가질 수 있다. 뿐만 아니라, 상기 연성회로 동장 적층판은 타이코트 층(2) 중 폴리머 필름(1)과 접하는 계면 영역이 갖는 산소 함유량을 일정 범위 이하로 조절하는 것에 의해서도 우수한 물성을 가질 수 있다.

한편, 상기 공정을 통해 제조된 연성회로 동장 적층판의 구리 층을 포토 에칭 등의 공지된 방법을 사용하여 에칭함으로써 원하는 배선 패턴을 형성할 수 있으며, 이로써 인쇄회로 기판(PCB)이 얻어지게 된다.

이하, 상기 연성회로 동장 적층판의 제조를 위한 물성의 평가 방법 및 실험예(표 1)를 설명하기로 한다.

<평가시료의 준비>:

본 발명은 FCCL에 관한것으로 기판 고온박리강도가 우수한 특성을 가지는 FCCL 제조에 관한 것이다. 기판 Polyimide (폴리이미드) 기재의 한편의 면에 스퍼터를 활용하여 tiecoat layer(NiMoNb)를 약 20nm, Cu를 60nm 증착 한다. 그리고 전기도금을 이용하여 약 12㎛의 도금을 진행한다. Tiecoat를 성막 하기 전 Polyimide (폴리이미드)표면을 플라즈마 처리를 통해 표면 개질을 개선을 해주게 되면 150℃ 168시간의 고온 열처리 후의 FCCL에 있어서 높은 고온박리강도 특성을 갖게 된다. 플라즈마 처리를 통해 Polyimide (폴리이미드)/Tiecoat층 계면의 산소 분율이 최소화 되고, 고온 열처리시 박리강도 저하에 영향을 미치는 산소의 확산을 줄여 고온박리강도 저하를 억제한다.

<특성 측정방법>:

- 박리강도 : 필강도 측정은 IPC-TM-650, NUMBER2.4.9에 준거한 방법으로 행하였음. UTM 장비를 사용하여 8개 측정후 max, min 값을 제외한 나머지 값을 평균함. 리드폭은 1㎜로 하고 필요 각도는 90도로 하였음. 내열성의 지표로써 1㎜의 리드를 형성한 필름 기재를 150℃의 오븐에 168시간 방치하고 꺼낸 후 박리강도를 평가함.

- 성분 분석: AES(Auger Electron Spectroscopy)장치를 사용하여 계면의 산소분율을 측정하였다. 구체적으로는, 폴리이미트 필름과 tiecoat계면의 금속부분을 측정하였다.

폴리이미드 필름과 Tiecoat층의 계면을 분리 후 폴리이미드 부분부터 금속부분의 Tiecoat부분까지 AES Depth profile측정을 진행한다. 측정기기는 PHI700(ULVAC-PHI)기기를 사용하여 측정하였다. Depth Profile을 실시하였으며, Sputter rate : 5㎚/min으로 진행하였다.

관찰 Peak는 C,O,N,Ni외 합금의 Peak를 수집하였고 Cu가 99%이상 나올때까지 진행하였다. C와 Ni함유량이 크로스 되는 지점을 폴리이미드 필름과 Tiecoat층의 계면으로 보고, 해당 포인트의 산소분율을 기준으로 하였다.

	Ni (wt%)	Mo (wt%)	Nb (wt%)	Cr (wt%)	열처리전	열처리후	고온박리강도[kgf/cm]
					O Atomic concentration(%)	O Atomic concentration(%)
실시예1	80	17.5	2.5		8.1	9.9	0.86
실시예2	75	20	5		5.6	7.0	0.91
실시예3	60	30	10		3.6	4.9	0.91
실시예4	55	40	5		2.1	3.4	0.92
실시예5	30	55	15		2.0	4.1	0.91
비교예1	83	9	10		13.3	25.6	0.41
비교예2	83.5	9.5	10.5		12.7	24.1	0.54
비교예3	68.5	10.5	21		12.7	28.2	0.32
비교예4	69	11	20.5		12.6	26.5	0.35
비교예5	21	70.5	9		10.2	26.1	0.65
비교예6	20	71	9		10.1	27.2	0.63
비교예7	80	-	-	20	9.8	23.1	0.68
비교예8	92	-	-	8	10.2	25.8	0.69
비교예9	90	10	-		11.1	20.4	0.71

표1에 나타난 실험예를 통해, 150℃ 168시간의 열처리 이 후에 나타나는 폴리머 필름(1)과 타이코트 층(2)의 계면에서의 산소 분율이 10at% 이하인 경우와 이를 초과하는 경우에 있어서 고온 박리강도 값이 현저히 큰 차이를 보이는 것을 알 수 있다.

이상에서 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 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

1: 폴리머 필름 2: 타이코트 층
3: 구리 층 3a: 구리 시드 층
3b: 구리 피막 층

Claims (4)

1. 폴리머 필름, 상기 폴리머 필름의 적어도 일 면에 형성되는 타이코트(tiecoat) 층 및 상기 타이코트 층에 형성되는 구리(Cu) 층을 포함하는 연성회로 동장 적층판에 있어서,
   상기 타이코트 층은, 몰리브덴(Mo), 나이오븀(Nb) 및 니켈(Ni)을 함유하는 합금으로 이루어지고,
   150℃ 168시간의 열처리 이 후 상기 폴리머 필름과 타이코트 층 사이의 계면의 산소 분율은 10at% 이하이며, 박리강도는 0.85kgf/cm 이상인 것을 특징으로 하는 연성회로 동장 적층판.
2. 제1항에 있어서,
   상기 타이코트 층은,
   10wt% 내지 70.0wt% 의 몰리브덴(Mo), 0.5wt% 내지 20.0wt% 의 나이오븀(Nb) 및 잔부의 니켈(Ni)을 함유하는 합금으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 연성회로 동장 적층판.
3. 삭제
4. 삭제

Images