KR102543589B1 - 유연 동박 적층 기판용 유전층 소재 및 이의 제조방법 - Google Patents

유연 동박 적층 기판용 유전층 소재 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 유연 동박 적층 기판용 유전층 소재 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 본 발명의 일 측면은, 저유전율 필름; 상기 저유전율 필름 상에 적층된 접착층; 및 상기 접착층 상에 적층된 폴리이미드 필름;을 포함하는, 유연 동박 적층 기판용 유전층 소재를 제공한다.

Description

유연 동박 적층 기판용 유전층 소재 및 이의 제조방법 {DIELECTRIC LAYER MATERIAL FOR FLEXIBLE COPPER CLAD LAMINATE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 유연 동박 적층 기판용 유전층 소재 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
고도의 정보화 사회 진전에 수반하여 다량의 정보를 고속으로 처리할 필요가 생김으로써, 통신 전자기기에 사용되는 신호의 주파수대는 MHz로부터 GHz의 고주파 영역으로 이행하고 있다. 그러나 주파수가 높아질수록 전기신호의 전송 손실이 증가하여 통신 성능이 저하되는 문제가 발생됨으로 인해 고주파 영역에서 저유전 특성을 갖는 전기 절연 소재에 대한 요구 또한 증가하고 있다.
현재, 이러한 특성 구현을 위한 전기 절연 소재로 폴리올레핀 수지, 에폭시 수지, 불소계의 열가소성 수지, 폴리이미드 수지 등의 통상적인 고분자 재료들이 제안되고 있다.
이 중, 폴리이미드(PI)는 강직한 방향족 주쇄와 함께 화학적 안정성이 매우 우수한 이미드 고리를 가지고 있어 유기 재료들 중에서도 가장 높은 수준의 내열성, 내약품성, 전기 절연성, 내화학성 및 내후성 등을 지닌 고분자 재료로, FPCB(Flexible Printed Circuit Board), TAB(Tape Automated Bonding), COF(Chip on Film) 등의 전자 재료로 널리 사용되고 있다. 특히, 폴리이미드는 도금 작업성이 우수하여 FCCL 유전층 소재로 사용되기 에 적합한 특성을 갖고 있다.
일반적으로 단말기의 통신 안테나로 사용되는 FCCL(Flexible Copper Clad Laminate)은, 도체인 동박(Copper foil)과 유전층(Dielectric Layer)의 적층 구조로 이루어져 있으며, Lamination, Casting, 증착-도금법, 직접 도금법을 사용하여 제조되고 있다. 전송 손실은 도체손실과 유전손실의 합으로 이루어지는데, 도체 손실을 줄이기 위해서는 동박과 유전층 간의 계면 거칠기가 낮은 증착-도금법 또는 직접 도금법이 유리하기 때문에 폴리이미드의 우수한 도금 작업성은 전송손실을 줄이는데 유리하게 작용할 수 있는 특성인 것이다.
그러나, 이와 같은 폴리이미드의 장점에도 불구하고, 통상의 폴리이미드의 경우 유전상수가 3.4 내지 3.6 정도로 고주파 통신에서 충분한 절연성을 유지할 수 있을 정도로 우수한 수준은 아니어서 고주파 안테나 소재로 사용되기에 적합하지 않다. 예컨대, 폴리이미드는 2 GHz 이상의 고주파 통신이 진행되는 박형 회로기판에서 절연성을 부분적으로 또는 전체적으로 상실한 가능성이 존재한다.
또한, 저유전 손실 특성을 지닌 고분자 소재로 액정 고분자 필름(LCP Film)과 개질 폴리이미드 필름(Modified Polyimide Film)이 제안되고 있으나 합성 공정이 어렵고 제막 비용이 많이 드는 한계점을 가지고 있다.
따라서, 고주파 영역에서 저유전 손실 특성을 가질 뿐만 아니라 우수한 도금 작업성을 확보할 수 있는 새로운 유전층 소재의 개발이 필요하다.
전술한 배경기술은 발명자가 본원의 개시 내용을 도출하는 과정에서 보유하거나 습득한 것으로서, 반드시 본 출원 전에 일반 공중에 공개된 공지기술이라고 할 수는 없다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은, 고주파 영역에서 저유전 손실 특성을 가질 뿐만 아니라 도금 작업성을 확보하여 도체 손실을 개선할 수 있는, 유연 동박 적층 기판용 유전층 소재 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 유연 동박 적층 기판용 유전층 소재를 사용하여 고주파에서 전송 손실이 낮은 통신안테나용 유연 동박 적층 기판을 제공하는 것이다.
그러나, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 해당 분야 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면은, 저유전율 필름; 상기 저유전율 필름 상에 적층된 접착층; 및 상기 접착층 상에 적층된 폴리이미드 필름;을 포함하는, 유연 동박 적층 기판용 유전층 소재를 제공한다.
일 실시형태에 따르면, 상기 저유전율 필름은, 퍼플루오로알콕시알칸(PFA), 폴리에테르케톤(PEK), 신디오택틱 폴리스티렌(SPS), 폴리설폰(PSU), 폴리에테르설폰(PES), 폴리아릴레이트(PAr), 폴리에테르이미드(PEI), 폴리페닐렌설파이드(PPS) 및 폴리에테르에테르케톤(PEEK)로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 접착층은, 에폭시계 접착제, 아크릴계 접착제, 폴리이미드계 접착제 및 불소계 수지로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 저유전율 필름은, 복수 개 적층되어 용융 접합된 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 저유전율 필름의 두께는, 20 ㎛ 내지 250 ㎛인 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 접착층의 두께는, 0.5 ㎛ 내지 50 ㎛인 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 폴리이미드 필름은, 상기 접착층과 접합되지 않은 면의 표면 조도(Ra)가, 1 ㎛ 이하인 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 폴리이미드 필름의 두께는, 5 ㎛ 내지 50 ㎛인 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 폴리이미드 필름 및 상기 저유전율 필름의 두께비는, 1 : 1 내지 1 : 10인 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 유연 동박 적층 기판용 유전층 소재는, 두께가 40 ㎛ 내지 450 ㎛인 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 1 GHz의 주파수에서, 유전율(Dk)이 3.3 Dk 이하이고, 유전정접(Df)이 0.015 이하인 것일 수 있다.
본 발명의 다른 측면은, 폴리이미드 필름의 일면에 접착제를 도포하여, 접착층이 코팅된 폴리이미드 필름을 제조하는 단계; 및 상기 접착층 상에 저유전율 필름을 적층 및 접합하는 단계;를 포함하는, 유연 동박 적층 기판용 유전층 소재의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 또 다른 측면은, 폴리이미드 필름의 일면에 접착제를 도포하여, 접착층이 코팅된 폴리이미드 필름을 제조하는 단계; 상기 접착층이 코팅된 폴리이미드 필름 두 개를 각각의 접착층이 서로 마주하도록 배치하는 단계; 및 상기 서로 마주하도록 배치된 접착층들 사이에 저유전율 필름을 삽입하고 접합하는 단계;를 포함하는, 유연 동박 적층 기판용 유전층 소재의 제조방법을 제공한다.
일 실시형태에 따르면, 상기 접합은, 200 ℃ 내지 500 ℃의 온도에서, 3 MPa 내지 5 MPa의 압력의 핫프레싱에 의하여 수행되는 것일 수 있다.
본 발명의 다른 측면은, 상기 유연 동박 적층 기판용 유전층 소재를 포함하는, 유전층; 및 상기 유전층 상에 적층된 구리층;을 포함하는, 유연 동박 적층 기판을 제공한다.
일 실시형태에 따르면, 상기 구리층은, 상기 유전층 상에 직접도금방식으로 적층되는 것일 수 있다.
본 발명에 따른 유연 동박 적층 기판용 유전층 소재는, 고주파 영역에서 저유전손실 특성을 가질 뿐만 아니라, 도금 작업성을 확보함으로써 동박 적층 시 직접도금법의 사용이 가능하여 계면에서의 도체 손실을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
구체적으로, 본 발명에 따른 유연 동박 적층 기판용 유전층 소재는, 폴리이미드 필름이 표면층(스킨층)에 배치됨으로써 치수안정성, 열전정성, 내열성, 구리층의 무전해 직접도금성을 확보할 수 있으며, 저유전 필름이 내부층(코어층)에 배치됨으로써 고주파 영역에서도 저유전손실 특성을 확보할 수 있다.
본 발명에 따른 유연 동박 적층 기판용 유전층 소재의 제조방법은, 접착층이 도포된 폴리이미드 필름과 저유전 필름을 핫프레싱으로 접합함으로써, 비교적 단순한 방법으로 폴리이미드 필름 및 저유전 필름의 접착성을 확보할 수 있다.
본 발명에 따른 유전동박적층기판은, 고주파 영역에서 낮은 유전손실 및 도체 손실 특성을 나타냄으로써 전송 손실을 감소시킬 수 있는 효과가 있으며, 고주파 영역에서 통신 안테나용 소재로 적용 가능한 효과가 있다.
도 1은, 본 발명의 일 실시형태에 따라 제조된 폴리이미드 기반 적층 필름인 유전층 소재를 간략히 도식화한 것이다.
도 2는, 본 발명의 또 다른 일 실시형태에 따라 제조된 폴리이미드 기반 적층 필름인 유전층 소재를 간략히 도식화한 것이다.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. 그러나, 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있어서 특허출원의 권리 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 실시예들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물이 권리 범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.
실시예에서 사용한 용어는 단지 설명을 목적으로 사용된 것으로, 한정하려는 의도로 해석되어서는 안된다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
어느 하나의 실시 예에 포함된 구성요소와, 공통적인 기능을 포함하는 구성요소는, 다른 실시 예에서 동일한 명칭을 사용하여 설명하기로 한다. 반대되는 기재가 없는 이상, 어느 하나의 실시 예에 기재한 설명은 다른 실시 예에도 적용될 수 있으며, 중복되는 범위에서 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
본 발명의 일 측면은, 저유전율 필름; 상기 저유전율 필름 상에 적층된 접착층; 및 상기 접착층 상에 적층된 폴리이미드 필름;을 포함하는, 유연 동박 적층 기판용 유전층 소재를 제공한다.
본 발명에 따른 유연 동박 적층 기판용 유전층 소재는, 폴리이미드 필름이 표면층(스킨층)에 배치됨으로써 치수안정성, 열전정성, 내열성, 구리층의 무전해 직접도금성을 확보할 수 있으며, 저유전 필름이 내부층(코어층)에 배치됨으로써 고주파 영역에서도 저유전손실 특성을 확보할 수 있다.
또한, 유전층 소재로, 액정 고분자 필름(LCP Film) 또는 개질 폴리이미드 필름(Modified Polyimide Film)이 아닌 일반적인 폴리이미드 필름을 사용함으로써, 재료 비용 및 공정 비용을 현저히 감소시켜 생산 단가를 줄일 수 있는 장점이 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 저유전율 필름은, 퍼플루오로알콕시알칸(PFA), 폴리에테르케톤(PEK), 신디오택틱 폴리스티렌(SPS), 폴리설폰(PSU), 폴리에테르설폰(PES), 폴리아릴레이트(PAr), 폴리에테르이미드(PEI), 폴리페닐렌설파이드(PPS) 및 폴리에테르에테르케톤(PEEK)로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것일 수 있다.
상기 저유전율 필름은, 유전율이 낮은 고분자 재료를 포함함으로써, 상기 유전층 소재의 유전율을 감소시키는 기능을 수행하며, 특히, 고주파 영역에서 저유전율 특성을 확보할 수 있도록 한다.
또한, 상기 저유전율 필름 내 포함되는 고분자 재료들은, 상업적으로 공급이 유용한 것으로 유전층 소재의 제조 용이성을 확보할 수 있다.
다만, 상기 저유전율 필름 내 포함되는 상기 고분자 성분들은, 도금 작업성이 떨어져 단독 사용 시 구리층 적층 시 계면 안정성을 확보할 수 있는 직접도금법을 사용할 수 없다는 한계가 있다.
본 발명에 따른 유전층 소재는, 상기의 한계점을 극복하기 위해, 저유전율 필름을 내부에 삽입하고 구리층이 적층되는 면 또는 표면층에 폴리이미드 필름을 적층함으로써, 저유전율 특성과 동시에 도금 작업성 또한 확보한 특징이 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 저유전율 필름은, 퍼플루오로알콕시알칸(PFA), 폴리에테르케톤(PEK) 및 신디오택틱 폴리스티렌(SPS)으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 퍼플루오로알콕시알칸(PFA), 폴리에테르케톤(PEK) 및 신디오택틱 폴리스티렌(SPS)는, 유전특성인 Dk과 Df 값이 보다 우수한 장점을 갖는다.
일 실시형태에 따르면, 상기 접착층은, 에폭시계 접착제, 아크릴계 접착제, 폴리이미드계 접착제 및 불소계 수지로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것일 수 있다.
상기 접착층은, 경화성 접착제 성분을 포함할 수 있다.
상기 에폭시계 접착제, 아크릴계 접착제, 폴리이미드계 접착제 및 불소계 수지는, 당 업계에서 사용되는 접착제를 제한없이 사용할 수 있다.
일례로, 상기 불소계 수지로는, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 퍼플루오로알콕시(PFA), 불소화(fluorinated)된 에틸렌프로필렌(FEP), 에틸렌테트라플루오로에틸렌(ETFE) 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 저유전율 필름은, 복수 개 적층되어 용융 접합된 것일 수 있다.
상기 저유전율 필름은, 복수 개 적층되어 다층을 형성함으로써 저유전율 특성 및 기계적 물성을 향상시킬 수 있다.
상기 적층되는 저유전율 필름은, 동일 성분 필름들을 사용할수 있고, 상이한 성분 필름들을 조합하여 다층으로 적층할 수 있다.
상기 적층되는 저유전율 필름의 개수는 목표 유전율에 따라 조절될 수 있다.
즉, 상기 적층되는 저유전율 필름의 성분 조합 및 개수 조절을 통해 유전율을 조절할 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 저유전율 필름의 두께는, 20 ㎛ 내지 250 ㎛인 것일 수 있다.
바람직하게는, 20 ㎛ 내지 100 ㎛인 것일 수 있고, 더욱 바람직하게는, 20 ㎛ 내지 50 ㎛인 것일 수 있다.
상기 저유전율 필름의 두께가 상기 범위 미만일 경우, 저유전율 특성 구현이 어려울 수 있다.
반면, 상기 저유전율 필름의 두께가 상기 범위를 초과할 경우, 기계적 물성과 내열성이 저하되는 문제점이 발생할 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 접착층의 두께는, 0.5 ㎛ 내지 50 ㎛인 것일 수 있다.
바람직하게는, 0.8 ㎛ 내지 30 ㎛인 것일 수 있고, 더욱 바람직하게는, 1 ㎛ 내지 20 ㎛인 것일 수 있다.
상기 접착층의 두께가 상기 범위 미만일 경우, 저유전율 필름 및 폴리이미드 필름이 박리될 수 있다.
반면, 상기 접착층의 두께가 상기 범위를 초과할 경우, 저유전율 특성 구현이 어려울 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 폴리이미드 필름은, 상기 접착층과 접합되지 않은 면의 표면 조도(Ra)가, 1 ㎛ 이하인 것일 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 표면 조도(Ra)는 원자 현미경(atomic force microscope : AFM) 분석을 통하여 측정된 것일 수 있다. 일례로, 상기 표면 조도(Ra)는 AFM(Multimode IVa, Veeco) 분석을 통하여 확인된 것일 수 있다.
상기 폴리이미드 필름에 있어서, 상기 접착층과 접합되지 않은 면의 표면 조도(Ra)가 상기 범위를 초과한 값을 가질 경우, 고주파 영역에서 도체 손실이 증가할 수 있다.
상기 폴리이이드 필름에 있어서, 상기 접착층과 접합되지 않은 면은, 표면층 또는 스킨층으로 유연 동박 적층 기판(FCCL) 제조 시 구리층이 적층되는 면을 의미할 수 있다.
일반적으로, 유연 동박 적층 기판(FCCL)은 유전층 상에 구리층이 적층되는데, 유전층과 구리층 사이 계면에서 도체 손실이 발생한다.
Skin effect에 의해 주파수가 높아짐에 따라 도체 표면을 따라 전류 또는 전하가 흐르게 되는 성질이 증가하는데, 이 때 도체 표면 조도는 도체 손실에 영향을 주는 요인이 된다. 일례로, 고주파 영역(28 GHz)에서 유전층 표면으로부터 0.4 ㎛ 이내의 영역에서 전류가 흐른다는 결과가 보고된 바 있다.
따라서, 상기 폴리이미드 필름의 표면 조도(Ra)는, 도체 손실을 감소시키기 위한 핵심적 요소일 수 있다.
또한, 상기 표면 조도를 개선하기 위해서는, 폴리이미드 필름 표면에 구리층 적층 시 증착 도금법 또는 직접도금법을 사용하는 것이 바람직하다.
일 실시형태에 따르면, 상기 폴리이미드 필름의 두께는, 5 ㎛ 내지 50 ㎛인 것일 수 있다.
바람직하게는, 8 ㎛ 내지 40 ㎛인 것일 수 있고, 더욱 바람직하게는, 10 ㎛ 내지 30 ㎛인 것일 수 있다.
상기 폴리이미드 필름의 두께가 상기 범위 미만일 경우, 적층 필름의 내열성, 내화학성, 치수 안정성, 기계적 강도가 저하될 수 있다.
반면, 상기 폴리이미드 필름의 두께가 상기 범위를 초과할 경우, 유전율이 증가하며 특히 고주파수 영역에서 저유전율 특성 구현이 어려울 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 폴리이미드 필름 및 상기 저유전율 필름의 두께비는, 1 : 1 내지 1 : 10인 것일 수 있다.
바람직하게는, 1 : 1 내지 1 : 5인 것일 수 있고, 더욱 바람직하게는, 1 : 1 내지 1 : 3인 것일 수 있다.
상기 폴리이미드 필름의 두께가 상기 범위를 벗어나 상대적으로 두꺼워질 경우, 유전율이 증가하여 저유전율 구현이 어려울 수 있다.
반면, 상기 저유전율 필름의 두께가 상기 범위를 벗어나 상대적으로 두꺼워질 경우, 상기 유전층 소재의 내열성, 내화학성, 기계적 물성이 저하될 수 있다.
즉, 상기 비율은, 유전층 소재의 저유전율 특성, 내열성, 기계적 물성을 동시 확보할 수 있는 최적 범위일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 유연 동박 적층 기판용 유전층 소재는, 두께가 40 ㎛ 내지 450 ㎛인 것일 수 있다.
바람직하게는, 45 ㎛ 내지 300 ㎛인 것일 수 있고, 더욱 바람직하게는, 50 ㎛ 내지 200 ㎛인 것일 수 있다.
상기 유연 동박 적층 기판용 유전층 소재의 두께가 상기 범위 미만일 경우 기계적 물성 저하가 일어날 수 있고, 상기 범위를 초과할 경우 유연성이 저하될 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 유연 동박 적층 기판용 유전층 소재는, 1 GHz의 주파수에서, 유전율(Dk)이 3.3 Dk 이하이고, 유전정접(Df)이 0.015 이하인 것일 수 있다.
본 발명에 따른 유연 동박 적층 기판용 유전층 소재는, 고주파수에서 유전특성이 우수한 장점을 갖는다.
특히, 고주파수 영역에서 저유전율 특성을 가지면서도, 내열성, 내화학성, 기계적 물성이 우수한 특징이 있다.
본 발명의 다른 측면은, 폴리이미드 필름의 일면에 접착제를 도포하여, 접착층이 코팅된 폴리이미드 필름을 제조하는 단계; 및 상기 접착층 상에 저유전율 필름을 적층 및 접합하는 단계;를 포함하는, 유연 동박 적층 기판용 유전층 소재의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 또 다른 측면은, 폴리이미드 필름의 일면에 접착제를 도포하여, 접착층이 코팅된 폴리이미드 필름을 제조하는 단계; 상기 접착층이 코팅된 폴리이미드 필름 두 개를 각각의 접착층이 서로 마주하도록 배치하는 단계; 및 상기 서로 마주하도록 배치된 접착층들 사이에 저유전율 필름을 삽입하고 접합하는 단계;를 포함하는, 유연 동박 적층 기판용 유전층 소재의 제조방법을 제공한다.
상기 폴리이미드 필름, 접착층, 저유전율 필름의 각 특성은 상기 언급한 것과 동일하다.
본 발명에 따른 유연 동박 적층 기판용 유전층 소재의 제조방법은, 접착층이 도포된 폴리이미드 필름과 저유전 필름을 핫프레싱으로 접합함으로써, 비교적 단순한 방법으로 폴리이미드 필름 및 저유전 필름이 접착된 유전층 소재를 제조할 수 있는 효과가 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 접합은, 200 ℃ 내지 500 ℃의 온도에서, 3 MPa 내지 5 MPa의 압력의 핫프레싱에 의하여 수행되는 것일 수 있다.
상기 접합 시 온도 조건은, 상기 접착제의 융점을 고려하여 상기 범위 내에서 조절될 수 있다.
상기 온도 및 압력 범위 미만의 조건으로 핫프레싱이 수행될 경우, 폴리이미드 필름과 저유전율 필름 사이에 접합이 충분히 이루어지지 않아 박리가 발생할 수 있다.
반면, 상기 온도 및 압력 범위를 초과한 조건으로 핫프레싱이 수행될 경우, 공정 효율성이 저하될 수 있고, 유전층 소재내 결함이 발생할 수 있다.
본 발명의 다른 측면은, 상기 유연 동박 적층 기판용 유전층 소재를 포함하는, 유전층; 및 상기 유전층 상에 적층된 구리층;을 포함하는, 유연 동박 적층 기판을 제공한다.
일 실시형태에 따르면, 상기 구리층은, 상기 유전층 상에 직접도금방식으로 적층되는 것일 수 있다.
여기서, 상기 직접도금방식은, 상기 유전층 표면에 무전해 구리 도금 또는 무전해 니켈 도금을 수행하여 유전층 표면에 도전성을 부여한 후, 그 위에 전해 구리 도금 또는 무전해 구리 도금을 수행하여 구리층을 형성시키는 방식을 의미할 수 있다.
이 때, 상기 유전층 표면에는, 구리층 접착을 위한 물리적인 표면 러프닝(surface roughening) 공정이 수행되지 않아 유전층 표면과 구리층 계면에 미세 요철이 발생하지 않으며, 이에 따라 고주파 신호 전송 시 도체 표피 효과가 억제되어 신호 손실이 감소할 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 유연 동박 적층 기판은, 유전층 상에 직접도금방식을 사용하여 구리층을 적층함으로써, 구리층과 접하는 유전층 표면 증 접합면의 표면 조도를 개선할 수 있으며, 이를 통해 도체 손실을 감소 시킬 수 있다.
상기 유연 동박 적층 기판은, 유전손실 및 도체손실이 낮아 전송 손실을 감소시킬 수 있으며, 특히, 고주파 영역에서 전송손실을 감소시켜 통신성능을 향상시킬 수 있다.
상기 유연 동박 적층 기판은, 5G 통신 안테나에 적용될 수 있으며, 고주파 영역(3.5GHz, 28GHz)에서 우수한 통신 성능을 확보할 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 유전층은, 상기 구리층 형성을 위한 구리 도금 전에 표면 개질 처리하는 것일 수 있다.
이하, 실시예 및 비교예에 의하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다.
단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1>
에폭시 접착제가 한 면에 코팅된 폴리이미드 필름(PI-EP-23)의 사이에 저유전율 필름으로 PFA 필름(PFA-23)을 넣고, 160 ℃의 온도에서 3 MPa의 압력을 가하여1시간 동안 핫프레싱함으로써 폴리이미드 필름층과 저유전 PFA 필름층을 접합하였다.
이어서, 적층 필름이 급격히 냉각하면서 수축하고 주름이 생기는 것을 방지하기 위해 상온으로 서서히 냉각시켜 스킨층(PI)/코어층(PFA)/스킨층(PI) 구조를 갖는 폴리이미드 기반 적층 필름을 제조하였다.
도 1은, 본 발명의 일 실시형태에 따라 제조된 폴리이미드 기반 적층 필름인 유전층 소재를 간략히 도식화한 것이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에 따른 유전층 소재는, 코어층인 내부에는 저유전율 필름이 배치되고, 스킨층인 표면에는 폴리이미드 필름이 배치된 형태임을 확인할 수 있다.
도 2는, 본 발명의 또 다른 일 실시형태에 따라 제조된 폴리이미드 기반 적층 필름인 유전층 소재를 간략히 도식화한 것이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에 따른 유전층 소재는, 저유전율 필름 상에 접착층이 적층되고, 상기 접착층 상에 폴리이미드 필름이 배치된 형태임을 확인할 수 있다.
<실시예 2>
저유전율 필름으로 PFA-50을 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법을 사용하여 폴리이미드 기반 적층 필름을 제조하였다.
<실시예 3>
저유전율 필름으로 SPS-35를 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법을 사용하여 폴리이미드 기반 적층 필름을 제조하였다.
<실시예 4>
저유전율 필름으로 PEEK-26을 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법을 사용하여 폴리이미드 기반 적층 필름을 제조하였다.
<실시예 5>
폴리이미드 필름으로 PI-EP-28을 사용하고 저유전율 필름으로 PFA-25를 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법을 사용하여 폴리이미드 기반 적층 필름을 제조하였다.
<실시예 6>
폴리이미드 필름으로 PI-EP-28을 사용하고 저유전율 필름으로 PFA-50를 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법을 사용하여 폴리이미드 기반 적층 필름을 제조하였다.
<실시예 7>
폴리이미드 필름으로 PI-EP-28을 사용하고 저유전율 필름으로 SPS-35를 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법을 사용하여 폴리이미드 기반 적층 필름을 제조하였다.
<실시예 8>
폴리이미드 필름으로 PI-EP-28을 사용하고, 저유전율 필름으로 PEEK-26을 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법을 사용하여 폴리이미드 기반 적층 필름을 제조하였다.
<실시예 9>
폴리이미드 필름(PI-TPI-25) 사이에 저유전율 필름 PFA-25를 2장 적층하여 넣고, 300 ℃의 온도에서 5 MPa의 압력을 가하여 35분 동안 핫프레싱함으로써 폴리이미드 필름층과 저유전 필름층을 접합한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 폴리이미드 기반 적층 필름을 제조하였다.
폴리이미드 필름으로 PI-TPI-25를 이용한 경우, 폴리이미드계 접착제(TPI)의 접착을 위하여 고온인 300 ℃에서 접착을 실시하였으며, 그 결과 저유전율 필름인 PFA-25도 용융 접착되어 다층의 안정한 폴리이미드 필름이 성공적으로 제작되었다.
<실시예 10>
폴리이미드 필름(PI-TPI-25) 사이에 저유전율 필름 PFA-25를 16장 적층하여 넣고, 300 ℃의 온도에서 5 MPa의 압력을 가하여 35분 동안 핫프레싱함으로써 폴리이미드 필름층과 저유전 필름층을 접합한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 폴리이미드 기반 적층 필름을 제조하였다.
<실시예 11>
폴리이미드 필름(PI-TPI-25) 사이에 저유전율 필름 PFA-50을 1장 넣고, 300 ℃의 온도에서 5 MPa의 압력을 가하여 35분 동안 핫프레싱함으로써 폴리이미드 필름층과 저유전 필름층을 접합한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 폴리이미드 기반 적층 필름을 제조하였다.
<실시예 12>
폴리이미드 필름(PI-TPI-25) 사이에 저유전율 필름 PFA-50을 8장 적층하여 넣고, 300 ℃의 온도에서 5 MPa의 압력을 가하여 35분 동안 핫프레싱함으로써 폴리이미드 필름층과 저유전 필름층을 접합한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 폴리이미드 기반 적층 필름을 제조하였다.
<비교예 1 - 7>
저유전율 필름이 접합되지 않은 접착제만이 도포된 폴리이미드 필름 또는 저유전율 필름인 PI-TPI-25, PI-EP-23, PI-EP-28, PFA-25, PFA-50, SPS-35 및 PEEK-26을 각 비교예로 사용하였다.
<실험예 1> 유전율 및 유전 정접 측정
임피던스분석기(Agilent E4991A)를 이용하여 1 MHz에서 1 GHz의 주파수 범위에서 각 필름(실시예 1 내지 12, 비교예 1 내지 7 )의 유전율 및 유전정접 값을 측정하였다.
<실험예 2> 필름 두께 측정
실시예 및 비교예에서 제조된 필름의 두께는 마이크로미터(mircometer) 장비를 이용하여 측정하였다.
실시예 및 비교예의 구체적인 적층 필름 구성과 유전율, 유전정접, 최종 두께 측정 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
여기서, 시료명 뒷부분의 숫자는 필름의 두께를 의미한다.
폴리이미드 필름 저유전 필름
(융점, ℃)		 저유전 필름
적층수
(장)		 최종 적층 필름 두께
(um)		 유전율
(1GHz)		 유전정접
(1GHz)
실시예 1 PI-EP-23 PFA-25 1 66.0 2.72 0.00845
실시예 2 PI-EP-23 PFA-50 1 90.0 2.68 0.00555
실시예 3 PI-EP-23 SPS-35 1 60.0 3.10 0.00901
실시예 4 PI-EP-23 PEEK-26 1 60.0 3.16 0.00964
실시예 5 PI-EP-28 PFA-25 1 80.0 2.85 0.00912
실시예 6 PI-EP-28 PFA-50 1 102.0 2.77 0.00723
실시예 7 PI-EP-28 SPS-35 1 79.0 3.15 0.00904
실시예 8 PI-EP-28 PEEK-26 1 78.0 3.30 0.01120
실시예 9 PI-TPI-25 PFA-25 2 98.0 2.57 0.00205
실시예 10 PI-TPI-25 PFA-25 16 411.0 2.27 0.00048
실시예 11 PI-TPI-25 PFA-50 1 99.0 2.62 0.00176
실시예 12 PI-TPI-25 PFA-50 8 391.0 2.25 0.00008
비교예 1 PI-TPI-25 - - 25 3.03 0.00372
비교예 2 PI-EP-23 - - 23 3.29 0.01160
비교예 3 PI-EP-28 - - 28 3.34 0.01630
비교예 4 - PFA-25
(295 ℃)		 - 25 1.96 0.00025
비교예 5 - PFA-50
(295 ℃)		 - 50 2.20 0.00031
비교예 6 - SPS-35
(271 ℃)		 - 35.2 2.49 0.00038
비교예 7 - PEEK-26
(343 ℃)		 - 25.6 2.70 0.00133
표 1 을 잠조하면, 폴리이미드 필름층과 한장의 PFA 저유전율 필름층이 접합된 적층 필름의 유전율과 유전정접의 값은, 폴리이미드 필름의 유전율, 유전정접 값과 PFA 저유전율 필름의 유전율, 유전정접 값의 사이 값을 가짐을 확인할 수 있다.
또한, PFA의 적층 수가 증가할 수로 유전율 및 유전정접 값이 PFA 기본값에 가까워 짐을 확인할 수 있다.
실시예들의 1 GH에서의 유전율(Dk) 1 GH에서 2 내지 3.3 범위 내로 나타났고, 유전정접(Df)은 0.00008 내지 0.012 범위 내로 측정되었다.
표 1의 결과를 참조하면, PFA를 저유전율 필름으로 사용한 실시예들의 경우, 저유전율 필름(비교예 5,6)과 비교하여 유전율이 다소 증가하긴 하나, 폴리이미드 필름을 단독으로 사용한 경우(비교예 1-3)와 비교하여 유전율이 현저히 떨어졌음을 알 수 있다.
즉, 실시예들의 경우 표면층 또는 스킨층에 폴리이미드 필름층을 배치함에 따라 최종 적층 필름의 우수한 치수 안정성, 열안정성 및 남땜 내열성을 확보하면서, 무전해 직접 도금을 통한 구리층의 형성을 가능하게 하며, 내부층 또는 코어층에 저유전율 필름을 배치함으로써 최종 적층 필름의 저유전율 특성 또한 확보할 수 있음을 알 수 있다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 청구범위의 범위에 속한다.

Claims (16)

  1. 폴리이미드 필름의 일면에 접착제를 도포하여, 접착층이 코팅된 폴리이미드 필름을 제조하는 단계;
    상기 접착층이 코팅된 폴리이미드 필름 두 개를 각각의 접착층이 서로 마주하도록 배치하는 단계; 및
    상기 서로 마주하도록 배치된 접착층들 사이에 저유전율 필름을 삽입하고 접합하는 단계;
    를 포함하는,
    유연 동박 적층 기판용 유전층 소재의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 접합은,
    200 ℃ 내지 500 ℃의 온도에서, 3 MPa 내지 5 MPa의 압력의 핫프레싱에 의하여 수행되는 것인,
    유연 동박 적층 기판용 유전층 소재의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 저유전율 필름은,
    퍼플루오로알콕시알칸(PFA), 폴리에테르케톤(PEK), 신디오택틱 폴리스티렌(SPS), 폴리설폰(PSU), 폴리에테르설폰(PES), 폴리아릴레이트(PAr), 폴리에테르이미드(PEI), 폴리페닐렌설파이드(PPS) 및 폴리에테르에테르케톤(PEEK)로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것인,
    유연 동박 적층 기판용 유전층 소재의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 접착층은,
    에폭시계 접착제, 아크릴계 접착제, 폴리이미드계 접착제 및 불소계 수지로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것인,
    유연 동박 적층 기판용 유전층 소재의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 저유전율 필름은,
    복수 개 적층되어 용융 접합된 것인,
    유연 동박 적층 기판용 유전층 소재의 제조방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 저유전율 필름의 두께는,
    20 ㎛ 내지 250 ㎛인 것인,
    유연 동박 적층 기판용 유전층 소재의 제조방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 접착층의 두께는,
    0.5 ㎛ 내지 50 ㎛인 것인,
    유연 동박 적층 기판용 유전층 소재의 제조방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 폴리이미드 필름은,
    상기 접착층과 접합되지 않은 면의 표면 조도(Ra)가, 1 ㎛ 이하인 것인,
    유연 동박 적층 기판용 유전층 소재의 제조방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 폴리이미드 필름의 두께는,
    5 ㎛ 내지 50 ㎛인 것인,
    유연 동박 적층 기판용 유전층 소재의 제조방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 폴리이미드 필름 및 상기 저유전율 필름의 두께비는,
    1 : 1 내지 1 : 10인 것인,
    유연 동박 적층 기판용 유전층 소재의 제조방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 유연 동박 적층 기판용 유전층 소재는, 두께가 40 ㎛ 내지 450 ㎛인 것인,
    유연 동박 적층 기판용 유전층 소재의 제조방법.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 유연 동박 적층 기판용 유전층 소재는, 1 GHz의 주파수에서,
    유전율(Dk)이 3.3 Dk 이하이고, 유전정접(Df)이 0.015 이하인 것인,
    유연 동박 적층 기판용 유전층 소재의 제조방법.
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