KR102567837B1 - 표면 처리된 동박 및 동박 기판 - Google Patents

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Abstract

표면 처리된 동박(100)은 처리면(100A)를 포함하며, 처리면(100A)의 공극 부피(Vv)는 0.1 내지 1.0㎛3/㎛2이고, 처리면(100A)의 최대 높이(Sz)는 1.0 내지 7.0㎛이다.

Description

표면 처리된 동박 및 동박 기판
본 발명은 동박의 기술분야에 관한 것으로, 특히 표면 처리된 동박 및 그 동박 기판에 관한 것이다.
고주파 신호를 전달할 수 있는 소형 및 박형 전자 제품에 대한 수요가 증가함에 따라, 동박 및 동박 기판에 대한 수요도 증가하고 있다. 일반적으로, 동박 기판의 구리 전도성 회로는 절연 캐리어 보드에 탑재되고, 또한 도전성 회로의 레이아웃 설계를 통해 전기 신호를 소정의 경로를 따라 소정의 영역으로 전달할 수 있다. 또한, 고주파 신호(예를 들면 10GHz보다 높은 신호)를 전달하는 동박 기판의 경우, 그 동박 기판의 도전성 회로도 표피 효과(skin effect)로 인해 발생하는 신호 전달 손실(signal transmission loss)을 감소시키도록 더욱 최적화되어야 한다. 표피 효과란, 전기 신호의 주파수가 증가함에 따라, 전류의 전달 경로가 도선의 표면에 더 집중되는 것(예를 들면, 캐리어 보드의 도선 표면에 인접하는 것)을 말한다. 표피 효과로 인해 발생하는 신호 전달 손실을 감소시키기 위해, 종래의 방법은 동박 기판에서 캐리어 보드에 인접한 도선 표면을 최대한 평탄화하는 것이다.
그러나, 상기 방법이 동박 기판에서 발생하는 신호 전달 손실을 확실히 효과적으로 감소시키더라도, 여전히 극복해야 할 기술적 결함이 존재한다. 예를 들면, 도선 표면이 비교적 평탄해지므로, 도선과 캐리어 보드 사이의 부착성은 일반적으로 낮을 수 있다. 이러한 경우, 거칠기가 낮은 동박을 이용하여 도선을 제조하더라도, 동박 기판 중의 도선은 여전히 캐리어 보드의 표면에서 박리되기 매우 쉬우므로, 전기 신호가 소정의 경로를 따라 소정의 영역으로 전달될 수 없다.
따라서, 종래 기술에 존재하는 결함을 해결하도록, 표면 처리된 동박 및 동박 기판을 제공하는 것이 여전히 필요하다.
이를 감안하여, 본 발명은 개선된 표면 처리된 동박 및 동박 기판을 제공하여, 종래 기술에 존재하는 결함을 해결하였다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 처리면을 포함하고, 처리면의 공극 부피(void volume，Vv)는 0.1 내지 1.0㎛3/㎛2(㎛3/㎛2 -는 단위 면적이 1㎛2인 표면이 갖는 부피임)이고, 처리면의 최대 높이(maximum height，Sz)는 1.0 내지 7.0 ㎛인 표면 처리된 동박을 제공한다.
바람직하게는, 본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 전해 동박 및 전해 동박 표면에 설치된 표면 처리층을 포함하는 표면 처리된 동박을 제공한다. 그 중, 표면 처리층의 외측은 표면 처리된 동박의 처리면이고, 표면 처리층은 조화층을 포함한다. 처리면의 공극 부피(Vv)는 0.1 내지 1.0㎛3/㎛2이고, 처리면의 최대 높이(Sz)는 1.0 내지 7.0㎛이다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 동박 기판을 제공한다. 동박 기판은 캐리어 보드 및 표면 처리된 동박을 포함하고, 표면 처리된 동박은 본체 동박 및 본체 동박과 캐리어 보드 사이에 설치된 표면 처리층을 포함하고, 표면 처리층은 캐리어 보드를 향하는 처리면을 포함한다. 처리면의 공극 부피(Vv)는 0.1 내지 1.0㎛3/㎛2이고, 처리면의 최대 높이(Sz)는 1.0 내지 7.0 ㎛이다.
상기 실시예에 따르면, 표면 처리된 동박의 처리면의 공극 부피(Vv)를 0.1 내지 1.0㎛3/㎛2으로 제어하고, 처리면의 최대 높이(Sz)를 1.0 내지 7.0㎛로 제어함으로써, 이후 표면 처리된 동박을 캐리어 보드에 압착할 때, 처리면과 캐리어 보드 사이의 부착성이 더욱 좋아지며, 또한 비교적 낮은 신호 전달 손실 정도를 유지할 수 있다. 표면 처리된 동박의 처리면과 캐리어 보드 사이의 부착성을 향상시킴으로써, 이후 식각 단계를 통해 형성된 도전성 회로는 캐리어 보드의 표면으로부터 쉽게 박리되지 않으며, 나아가 동박 기판의 수율 및 내구성을 향상시킨다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 도시된 표면 처리된 동박의 단면 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예의 표면 처리된 동박의 표면 높이 및 부하율 사이의 관계도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 도시된 스트립 라인(stripline)의 개략도이다.
이하, 해당 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 구현할 수 있도록, 표면 처리된 동박, 동박 기판 및 인쇄 회로 기판의 구체적인 실시 형태를 상세하게 설명한다. 이러한 구체적인 실시 형태는 첨부도면이 실시 형태의 일부를 구성하도록 대응하는 첨부도면을 참조할 수 있다. 본 발명의 실시예는 아래와 같이 공개되었으나, 본 발명을 한정하기 위한 것이 아니며, 해당 분야에 익숙한 자라면 누구나 본 발명의 정신과 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 약간의 변동 및 수정을 할 수 있다. 각 실시예 및 실험예에서 사용하는 방법은 별도의 설명이 없는 한, 통상적인 방법이다.
본 발명에서 언급한 공간과 관련된 서술 용어에 대하여, "~위에" 및 "~상방에" 등 용어의 본 발명에서의 의미는 가장 넓게 해석되어, "~위에" 및 "~상방에"등 용어가 무언가 위에 직접 위치하는 것 뿐만 아니라, 중간 특징이 존재하거나 또는 중간층이 있는 양자 사이에 위치하는 경우 무언가 위에 위치하는 것도 포함할 수 있도록 해야 하고, 또한 "~위에" 또는 "~상방에"는 무언가의 위 또는 상방에 위치하는 것뿐만 아니라, 또한 양자 사이에 중간 특징 또는 중간층이 없는 경우에 무언가 "위에", "상방에" 에 위치(직접 무언가의 위에 위치)하는 것도 포함할 수 있도록 해야 한다.
또한, 이하에서 상반된 지시가 없는 한, 본 발명 및 특허청구범위에 기술된 수치 파라미터는 모두 대략적인 수치로서, 필요에 따라 변할 수 있으며, 또는 적어도 공개된 의미 있는 자릿수에 근거해 통상의 자리 올림 방식을 사용하여 각 수치 파라미터를 해석하도록 해야 한다. 본 발명에서, 범위는 하나의 끝점에서 다른 끝점까지 또는 두 끝점 사이로 표현될 수 있다. 특별한 설명이 없는 한, 본 발명에 개시된 모든 범위는 모두 끝점을 포함한다.
본 발명의 사상을 벗어나지 않는 한, 이하에서 설명되는 서로 다른 실시 형태에서의 기술적 특징들은 기타 실시예를 구성하도록 서로 대체, 재조합 또는 혼합될 수 있음을 유의해야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 도시된 표면 처리된 동박의 단면 개략도이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 표면 처리된 동박(100)은 적어도 처리면(100A)을 포함한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 표면 처리된 동박(100)은 본체 동박(110) 및 표면 처리층(112)을 더 포함한다.
본체 동박(110)은 압연 동박 또는 전해 동박일 수 있으며, 그 두께는 일반적으로 6㎛ 이상이며, 예를 들면 7 ~ 250㎛이거나 또는 9㎛ ~ 210㎛이다. 본체 동박(110)이 전해 동박인 경우, 상기 전해 동박은 전기 증착(또는 전기 분해, 전해 증착 및 전기 도금이라고도 칭함)공정을 통해 형성될 수 있다. 본체 동박(110)은 상대적으로 설치된 제1 면(110A) 및 제2 면(110B)을 구비한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 본체 동박(110)이 압연 동박일 경우, 제1 면(110A)과 제2 면(110B) 중 적어도 하나의 산술 평균 높이(Ra)는 0.1㎛~0.4㎛이나, 이에 한정되지 않는다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 본체 동박(110)이 전해 동박일 경우, 전해 동박의 증착면(deposited side)은 본체 동박(110)의 제1 면(110A)에 대응될 수 있고, 전해 동박의 드럼면(drum side)은 본체 동박(110)의 제2 면(110B)에 대응될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 본체 동박(110)의 제1 면(110A)과 제2 면(110B) 상에 기타의 층이 각각 설치될 수 있으며, 예를 들면, 제1 면(110A)에 표면 처리층(112)이 설치되고 및/또는 제2 면(110B)에 다른 표면 처리층(112)이 설치될 수 있다. 표면 처리층(112)이 설치되어 있는 표면 처리된 동박(100)의 경우, 표면 처리층(112)의 외측면은 표면 처리된 동박(100)의 처리면(100A)으로 간주될 수 있다. 본 발명의 기타 실시예에 따르면, 본체 동박(110)의 제1 면(110A)과 제2 면(110B)에 기타의 단층 또는 다층 구조가 더 설치되거나 또는 제1 면(110A)과 제2 면(110B)의 표면 처리층(112)은 기타 단층 또는 다층 구조로 대체되거나, 또는 제1 면(110A)과 제2 면(110B)은 어떠한 층도 설치되지 않을 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 따라서, 이러한 실시예에서, 표면 처리된 동박(110)의 처리면(100A)은 표면 처리층(112)의 외측면에 대응될 수 없고, 기타 단층 또는 다층 구조의 외측면에 대응되거나 또는 본체 동박(110)의 제1 면(110A) 및 제2 면(110B)에 대응될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
상술한 표면 처리층(112)은 단층이거나 또는 복수의 서브층을 포함하는 스택층일 수 있다. 표면 처리층(112)이 스택층인 경우, 각 서브층은 조화층(114), 둔화층(116), 방청층(118) 및 결합층(120)으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 표면 처리층(112)의 외측면은 표면 처리된 동박(100)의 처리면(100A)으로 간주될 수 있고, 이후 표면 처리된 동박(100)을 캐리어 보드에 압착하는 공정을 통해, 상기 처리면(100A)은 캐리어 보드에 접촉할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 본체 동박(110)은 압연 동박이고, 표면 처리층(112)은 적어도 조화층(114)을 포함한다. 언급해야 할 것은, 표면 처리층(112)이 복수일 경우, 표면 처리층(112)들의 서브층 구조는 동일하거나 상이할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 본체 동박(110)은 전해 동박이고, 표면 처리층(112)은 전해 동박의 증착면에 설치되고, 조화층(114)을 포함한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 본체 동박(110)은 전해 동박이며, 표면 처리층(112)은 전해 동박의 드럼면에 설치되고, 조화층(114)을 포함한다.
상기 조화층은 조화 입자(nodule)를 포함한다. 조화 입자는 본체 동박의 표면 거칠기를 증대시킬 수 있고, 조화 입자는 구리 조화 입자 또는 구리 합금 조화 입자일 수 있다. 조화 입자가 본체 동박에서 박리되는 것을 방지하기 위해, 조화 입자를 커버하도록, 조화층(114) 상에 커버층을 더 설치할 수 있다.
둔화층은 동일하거나 또는 상이한 조성일 수 있으며, 예를 들어 금속층 또는 금속 합금층이다. 상기 금속층은 니켈, 아연, 크롬, 코발트, 몰리브덴, 철, 주석 및 바나듐으로부터 선택될 수 있으며, 예를 들어 니켈층, 니켈-아연 합금층, 아연층, 아연-주석 합금층 또는 크롬층이나, 이에 한정되지 않는다. 또한, 금속층 및 금속 합금층은 단층 또는 다층 구조일 수 있으며, 예를 들어 서로 적층된 아연 함유 단층 및 니켈 함유 단층이다. 다층 구조일 경우, 각 층간의 적층 순서는 특정 제한 없이 필요에 따라 조절할 수 있고, 예를 들면 아연 함유층이 니켈 함유층에 적층되거나 니켈 함유층이 아연 함유층에 적층된다.
방청층은 금속에 가해진 피복층이며, 금속이 부식 등으로 인해 열화되는 것을 방지할 수 있다. 방청층은 금속 또는 유기 화합물을 포함한다. 방청층이 금속을 포함할 경우, 상기 금속은 크롬 또는 크롬 합금일 수 있고, 크롬 합금은 추가적으로 니켈, 아연, 코발트, 몰리드덴, 바나듐 및 그 조합으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다. 방청층이 유기 화합물을 포함할 경우, 상기 유기 화합물은 트리아졸, 티아졸, 이미다졸 및 이들의 유도체로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다.
결합층은 실란으로 제조될 수 있으며, 3-아미노프로필트리에톡시실란(3-aminopropyltriethoxysilane, APTES), N-2-(아미노에틸)-3-아미노프로필트리메톡시실란(N-(2-aminoethyl)-3-aminopropyltrimethoxysilane), 3-글리시딜옥시프로필)트리에톡시실란((3-glycidyloxypropyl)triethoxysilane), 8-글리시딜옥시옥틸)트리메톡시실란((8-glycidyloxyoctyl)trimethoxysilane), 메타크릴로일 프로필트리에톡시실란(methacryloyl propyltrimethoxysilane), 메타크릴로일 옥틸트리메톡시실란(methacryloyl octyltrimethoxysilane), 메타크릴로일 프로필트리메톡시실란(methacryloyl propyltrimethoxysilane), (3-메트캅토프로필)트리메톡시실란((3-mercaptopropyl)trimethoxysilane), (3-글리시딜옥시프로필)트림톡시실란((3-glycidyloxypropyl)trimethoxysilane)으로부터 선택될 수 있으나, 이에 한정되지 않으며, 표면 처리된 동박과 다른 재료(예를 들면 캐리어 보드) 사이의 부착성을 증가시킨다.
본 발명의 실시예에 따르면, 표면 처리층 중의 둔화층과 결합층의 총 두께가 조화층의 두께보다 훨씬 작으므로, 표면 처리된 동박의 처리면의 표면 거칠기, 예를 들면 공극 부피(void volume，Vv，단위는 ㎛3/㎛2이고, 단위 면적이 1㎛2인 표면이 가진 공극 부피를 의미함), 핵심부 공극 부피(core void volume，Vvc，단위는 ㎛3/㎛2이고, 단위 면적이 1㎛2인 표면이 가진 핵심부 공극 부피를 의미함), 파곡부 공극 부피(dale void volume，Vvv，단위는 ㎛3/㎛2이고, 단위 면적이 1㎛2인 표면이 가진 파곡부 공극 부피를 의미함) 및 최대 높이(maximum height，Sz) 등은, 주로 조화층의 영향을 받는다.
상기 공극 부피(Vv), 핵심부 공극 부피(Vvc), 및 파곡부 공극 부피(Vvv)는 ISO 25178-2(2012)에 따라 정의되며, 이들의 측정은 도 2에 도시된 바와 같이 예시할 수 있다. 도 2는 본 발명의 일 실시예의 표면 처리된 동박의 표면 높이와 부하율(material ratio, mr)의 관계도이다. 여기서, 공극 부피(Vv)(202)의 계산은 곡선 상방 및 수평 절단선 하방으로 둘러싸인 공극의 부피를 적분하고, 그 중 수평 절단선은 상기 곡선의 부하율이 P1일 때에 대응하는 높이이다. 즉 공극 부피(Vv)(202)는 부하율(mr)이 P1(10%)인 높이 수평선 하방에서 부하율(mr)이 100%인 구간 내의 곡선 상방으로 둘러싸인 범위이다. 또한, 공극 부피(Vv)(202)는 파곡부 공극부피((Vvv)(202A)와 핵심부 공극 부피(VVc)(202B)를 합쳐서 얻은 것이다. 구체적으로 말하자면, 파곡부 공극 부피(Vvv)(202A)의 계산은 곡선 상방 및 다른 수평 절단선 하방으로 둘러싸인 공극의 부피를 적분하고, 그 중 상기 다른 수평 절단선의 위치는 상기 곡선의 부하율(mr)이 P2일 때에 대응하는 높이이며, 핵심부 공극 부피(Vvc)(202B)의 계산은 곡선 및 2개의 수평 절단선으로 둘러싸인 공극의 부피를 적분하고, 그 중 2개의 수평 절단선의 위치는 상기 곡선의 각각 상기 부하율(mr)이 P1과 P2일 때에 대응하는 높이이다. 주의해야 할 점은, 특별히 성명하지 않으면, 본 발명에서 말하는 공극 부피(Vv)는 부하율(mr)인 P1이 10%일 때 계산한 값이며, 파곡부 공극 부피(Vvv)는 부하율(mr)인 P2가 80%일 때 계산한 값이며, 핵심부 공극 부피(Vvv)는 부하율(mr)인 P1과 P2가 각각 10%와 80%일 때 계산한 값이다.
본 발명에서, 처리면(100A)의 공극 부피(Vv)는 0.1 ~ 1.0 ㎛3/㎛2이고, 바람직하게는 0.1 ~ 0.7 ㎛3/㎛2이다. 공극 부피(Vv)는 파곡부 공극 부피(Vvv)와 핵심부 공극 부피(Vvc)를 합쳐서 얻는 것이며, 본 발명에서, 핵심부 공극 부피(Vvc)는 바람직하게는 0.08 ~ 0.84 ㎛3/㎛2이며, 파곡부 공극 부피(Vvv)는 바람직하게는 0.01 ~ 0.07 ㎛3/㎛2이다.
최대 높이(Sz)는 정의된 범위에서 최대 파봉 높이와 최대 파곡 깊이의 합이다. 본 발명에서, 처리면(100A)의 최대 높이(Sz)는 1.0 ~ 7.0 ㎛이며, 바람직하게는 1.2 내지 7.0 ㎛이다. 본 발명의 실시예에 따르면, 처리면(100A)의 공극 부피(Vv)가 0.1 ~ 1.0 ㎛3/㎛2이고, 처리면(100A)의 최대 높이(Sz)가 1.0 ~ 7.0㎛일 때, 상응한 동박 기판과 인쇄 회로 기판의 경우, 표면 처리된 동박(100)과 서로 접촉하는 캐리어 보드는 동시에 높은 박리 강도(예를 들면 0.4 N/mm 이상)와 낮은 신호 전달 손실(신호 전달 손실의 절대값은 25 dB/m 이하)의 요구를 만족시킬 수 있다.
상술한 표면 거칠기 외에, 산소 함량과 수소 함량의 총합 및 니켈 부착량을 제어하여, 신호 전달 손실을 추가적으로 개선할 수 있다. 본 발명에서, 표면 처리된 동박(100)의 산소 함량 및 수소 함량의 총합은 300ppm 이하이며, 바람직하게는 40 내지 300ppm이다. 본 발명에서, 처리면(100A)의 니켈 부착량은 40 내지 200μg/dm2이며, 바람직하게는 40 내지 120 μg/dm2이다. 표면 처리된 동박의 니켈 부착량을 40~200 μg/dm2으로 제어할 경우, 표면 처리된 동박은 우수한 신호 전달 손실을 가질 뿐만 아니라, 그 내열성을 추가로 개선할 수 있다.
따라서, 본 발명의 각 실시예에 따르면, 표면 처리된 동박의 처리면의 표면 거칠기 파라미터(예를 들면, 공극 부피(Vv) 및 최대 높이(Sz))를 제어함으로써, 상응한 동박 기판 및 인쇄 회로 기판에 있어서 표면 처리된 동박과 캐리어 보드 사이의 부착성을 향상시킬 뿐만 아니라, 동시에 고주파 전기 신호의 전도성 패턴에서 전달될 때 발생하는 신호 전달 손실을 감소시킬 수 있다. 또한, 추가적으로 표면 처리된 동박의 산소 함량 및 수소 함량의 총합 및 처리면의 니켈 부착량을 제어함으로써, 신호 전달 손실 및 내열성을 추가로 더 개선할 수 있다.
상술한 표면 처리된 동박은 동박 기판 또는 인쇄 회로 기판으로 추가로 가공될 수 있다. 동박 기판은 적어도 캐리어 보드 및 본체 동박을 포함한다. 상기 표면 처리된 동박은 상기 캐리어 보드의 적어도 한 표면에 설치되며, 처리면을 포함한다. 표면 처리된 동박의 처리면은 캐리어 보드를 마주하여 직접 접촉한다.
상기 캐리어 보드는 베이클라이트 보드, 폴리머 보드 또는 유리 섬유 보드를 사용할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 상기 폴리머 보드의 폴리머 성분은 예를 들면, 에폭시수지(epoxy resin), 페놀수지(phenolic resins), 폴리에스테르 수지(polyester resins), 폴리이미드 수지(polyimide resins), 아크릴(acrylics), 포름알데히드 수지(formaldehyde resins), 비스말레이미드 트리아진 수지(bismaleimide triazine resins，또한 BT수지로 칭함), 시아네이트 에스테르 수지(cyanate ester resin), 플루오로폴리머(fluoropolymers), 폴리에테르 설폰(poly ether sulfone), 셀루로오스 열가소성 물질(cellulosic thermoplastics), 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리올레핀(polyolefins), 폴리프로필렌(polypropylene), 폴리설파이드(polysulfide), 폴리우레탄(polyurethane), 폴리이미드(polyimide), 액정 폴리머(Liquid Crystal Polymer, LCP), 폴리페닐렌 옥시드(polyphenylene oxide, PPO)일 수 있다. 상기 유리 섬유 보드는 부직포 유리 섬유 직물을 상기 폴리머(예를 들면, 에폭시 수지)에 침지시켜 형성된 프리프레그(prepreg)일 수 있다.
이하, 추가적으로 표면 처리된 동박 및 동박 기판의 제조 방법에 대해 예시적으로 설명한다. 제조 방법 중의 각 단계는 아래와 같다.
(1)단계A
단계A를 실시하여, 본체 동박을 제공한다. 본체 동박이 전해 동박인 경우, 제박기를 이용하여, 전해 증착(electrodeposition)의 방식으로 전해 동박(또는 베어 구리 호일(bare copper foil)이라고 칭함)을 형성할 수 있다. 구체적으로, 제박기는 적어도 음극으로서의 드럼, 쌍을 이룬 불용성 금속 양극판 및 전해액 유입 매니폴드를 포함할 수 있다. 드럼은 회전 가능한 금속 드럼이며, 그 표면은 미러 폴리싱된 표면이다. 금속 양극판은 드럼의 하반부를 둘러싸도록 드럼의 하반부에 각각 고정 설치된다. 유입 매니폴드는 드럼의 바로 아래에 고정 설치되고, 2개의 금속 양극판 사이에 위치한다.
전해 증착 과정에서, 전해액 유입 매니폴드는 드럼과 금속 양극판 사이에 전해액을 지속적으로 공급할 수 있다. 드럼과 금속 양극판 사이에 전류 또는 전압을 인가하여 구리를 드럼에 증착시켜, 전해 동박을 형성할 수 있다. 또한, 드럼을 지속적으로 회전시켜, 전해 동박이 드럼의 어느 한 측에서 박리되게 함으로써, 전해 동박을 연속적으로 제조할 수 있다. 전해 동박의 드럼의 표면을 향한 표면을 드럼면이라고 지칭하고, 전해 동박의 드럼으로부터 떨어져 있는 표면을 증착면이라 지칭할 수 있다.
전해 증착 과정에서 수소와 산소가 발생할 수 있다. 발생된 수소와 산소는 드럼의 종류 또는 표면 상태, 도금액 조성, 드럼과 금속 양극판 사이의 거리를 조절하고, 전해액 유입 매니폴드의 주변과 금속 양극판 사이의 거리를 제어함으로써 제어될 수 있다.
전해 증착 과정에서, 드럼의 표면이 약간 산화되면서, 평탄치 않은 표면이 발생하여, 전해 동박의 드럼면의 평탄도를 감소시킨다. 따라서, 드럼의 인접 부분에 폴리시 버프(polish buff)를 설치하여, 드럼과 폴리시 버프 사이에 접촉면을 갖도록 한다. 드럼과 폴리시 버프를 반대 방향으로 회전시킴으로써, 드럼 표면의 산화층이 폴리시 버프에 의해 제거되게 하여, 드럼의 표면 평탄도를 유지할 수 있다.
전해 동박에 대해, 그 제조 파라미터 범위는 아래와 같다.
<1.1 베어 구리 호일의 전해액 조성 및 전해 조건>
황산구리(CuSO4˙5H2O): 280 g/L
황산: 20 ~ 80 g/L
염소 이온: 5 ~ 35 mg/L (ppm)
키토산(Chitosan, MW=5000, Aldrich): 3.23 mg/L (ppm)
TBPS (3,3'-Thiobis(1-Propanesulfonic Acid, Sodium Salt), Aldrich): 1.83 mg/L (ppm)
액체 온도: 43℃
전류 밀도: 48 A/dm2
베어 구리 호일 두께: 18 ㎛
<1.2 드럼>
재질: 티타늄
드럼 표면의 결정 입도(grain size number, JIS G 0552에 따름): 7~9
회전 속도: 3 m/min
(2)단계B
본 단계B는 상술한 본체 동박에 대해 표면 청결 공정을 실시하여, 동박의 표면에 오염물(예를 들면 오일 찌꺼기, 산화물)이 없도록 보장하고, 그 제조 파라미터 범위는 아래와 같다.
<2.1 세척액의 조성 및 청결 조건>
황산구리: 130 g/L
황산: 50 g/L
액체 온도: 27℃
침지 시간: 30초
(3)단계C
본 단계C는 상기 본체 동박의 표면에 조화층을 형성한다. 전해 증착을 통해, 조화층을 동박의 어느 한 면(예를 들면 드럼면 또는 증착면)에 형성할 수 있다. 그 중, 조화층은 조화 입자(nodule)를 포함할 수 있다. 제조 파라미터 범위는 아래와 같다.
<3.1 조화 입자를 제조하는 파라미터>
황산구리(CuSO4˙5H2O): 70 g/L
황산: 100 g/L
액체 온도: 25℃
전류 밀도: 24～48 A/dm2
시간: 10초
(4)단계D
본 단계D는 상기 조화층 상에 커버층을 형성하고, 그 제조 파라미터 범위는 아래와 같다.
<4.1 커버층을 제조하는 파라미터>
황산구리(CuSO4˙5H2O): 320 g/L
황산: 100 g/L
액체 온도: 40℃
전류 밀도: 6～12 A/dm2
시간: 10초
(5)단계E
본 단계E는 상기 동박의 적어도 하나의 표면에 둔화층을 형성한다. 전해 증착 공정을 통해 둔화층을 형성할 수 있고, 둔화층은 니켈, 아연으로 구성된 2층의 스택 구조인 것을 예로 들며, 그 제조 파라미터 범위는 아래와 같다.
<5.1 니켈 함유층의 전해액 조성 및 전해 조건>
황산니켈(NiSO4): 188 g/L
붕산(H3BO3): 32 g/L
차아인산(H3PO2): 5 g/L
액체 온도: 20℃
용액pH: 3.2 ~ 3.8
전류 밀도: 0.4 ~ 0.8 A/dm2
시간: 3초
<5.2 아연 함유층의 전해액 조성 및 전해 조건>
황산아연(ZnSO4): 11 g/L
액체 온도: 15℃
용액pH: 13.0
전류 밀도: 0.6 A/dm2
시간: 3초
(6)단계F
본 단계F는 상기 동박에 방청층(예를 들면 크롬 함유층)을 형성하고, 그 제조 파라미터 범위는 아래와 같다.
<6.1 크롬 함유층의 전해액 조성 및 전해 조건>
크롬산(H2CrO4): 5 g/L
액체 온도: 17℃
용액pH: 12.5
전류 밀도: 1.0 A/dm2
시간: 3초
(7)단계G
본 단계G는 조화층이 설치된 상기 동박의 일측에 결합층을 형성한다. 예를 들면, 상기 전해 공정을 완성한 후, 물로 동박을 세척하나, 동박 표면을 건조시키지 않는다. 이후 실란 커플링제가 함유된 수용액을 조화층이 설치된 동박 일측의 방청층에 분사하여, 실란 커플링제를 둔화층의 표면에 흡착시킨다. 이후, 동박을 오븐에 놓고 건조시킬 수 있다. 제조 파라미터 범위는 아래와 같다.
<7.1 실란 커플링제의 파라미터>
실란 커플링제: (3-아미노프로필트리에톡시실란)(3-aminopropyltriethoxysilane)
수용액의 실란 커플링제 농도: 0.25 wt.％
분사 시간: 10초
<7.2 건조 조건>
온도: 120℃
시간: 30 ~ 60초
(8)단계H
본 단계H는 상기 단계를 통해 형성된 표면 처리된 동박을 캐리어 보드에 압착하여, 동박 기판을 형성한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 도 1에 도시된 표면 처리된 동박(100)을 캐리어 보드에 열간 압착하여, 동박 기판을 형성할 수 있다.
해당 분야의 당업자가 본 발명을 구현하도록, 이하 본 발명의 각 구체적인 실시예를 더욱 상세히 설명함으로써, 본 발명의 표면 처리된 동박 및 동박 기판을 구체적으로 설명한다. 주의해야 할 것은, 하기 실시예는 예시일뿐, 본 발명을 제한하는 것으로 해석해서는 안 된다. 즉, 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서, 각 실시예에서 이용되는 재료, 재료의 용량 및 비율 및 처리 과정 등을 적절하게 변경할 수 있다.
실시예 1
실시예 1은 표면 처리된 동박이며, 그 제조 공정은 상술한 제조 방법의 단계A 내지 단계G에 대응된다. 실시예 1과 상술한 제조 방법 사이의 상이한 제조 파라미터는 표 1에 기재하였다. 실시예 1의 본체 동박은 전해 동박이다.
실시예 2-23
실시예 2-23의 제조 공정은 실시예1의 제조 공정과 대체로 동일하며, 상호간 상이한 제조 파라미터는 표 1에 기재하였다. 실시예 2-23의 본체 동박은 전해 동박이다.
[표 1]
[표 1(계속)]
이하, 상기 각 실시예 1-23의 각 항의 측정 결과, 예를 들면, <공극 부피(Vv)>, <핵심부 공극 부피(Vvc)>, <파곡부 공극 부피(Vvv)>, <최대 높이(Sz)>, <산소 함량 및 수소 함량의 총합>, <처리면의 니켈 부착량>, <박리 강도>, <내열성> 및 <신호 전달 손실>를 추가로 설명한다.
<공극 부피(Vv)>, <핵심부 공극 부피(Vvc)>, <파곡부 공극 부피(Vvv)>
표준ISO 25178-2: 2012에 따라, 레이저 현미경(LEXT OLS5000-SAF, Olympus)의 표면 무늬 분석으로, 표면 처리된 동박의 처리면의 핵심부 공극 부피(Vvc), 파곡부 공극 부피(Vvv), 및 공극 부피(Vv)를 측정하였다. 핵심부 공극 부피(Vvc)는 부하율(mr)인 P1 값 및 P2 값을 각각 10% 및 80%로 설정하여 얻으며, 파곡부 공극 부피(Vvv)는 부하율(mr)인 P2 값을 80%로 설정하여 얻고, 공극 부피(Vv)는 상술한 핵심부 공극 부피(Vvc)와 파곡부 공극 부피(Vvv)의 합이다. 측정 결과는 표 2에 기재하였다. 구체적인 측정 조건은 아래와 같다.
광원 파장: 405 nm
대물렌즈 배율: 100배 대물렌즈(MPLAPON-100x LEXT, Olympus)
광학 줌: 1.0배
관찰 면적: 129 ㎛ × 129 ㎛
해상도: 1024화소Х1024화소
조건: 레이저 현미경의 자동 틸트 제거 기능(Auto tilt removal)을 활성화
필터: 필터 없음(unfiltered)
공기 온도: 24±3℃
상대 습도: 63±3％
<최대 높이(Sz)>
표준ISO 25178-2: 2012에 따라, 레이저 현미경(LEXT OLS5000-SAF, Olympus)의 표면 무늬 분석으로, 표면 처리된 동박의 처리면의 최대 높이(Sz)를 측정하였다. 측정 결과는 표 2에 기재하였다. 구체적인 측정 조건은 아래와 같다.
광원 파장: 405 nm
대물렌즈 배율: 100배 대물렌즈(MPLAPON-100x LEXT, Olympus)
광학 줌: 1.0배
관찰 면적: 129 ㎛ × 129 ㎛
해상도: 1024화소Х1024화소
조건: 레이저 현미경의 자동 틸트 제거 기능(Auto tilt removal)을 활성화
필터: 필터 없음(unfiltered)
공기 온도: 24±3℃
상대 습도: 63±3％
<산소 함량과 수소 함량의 총합>
산소/주소/질소 분석기(EMGA-930, Horiba Ltd.)를 이용하여 비분산식 적외선(non-dispersive infrared, NDIR) 측정기와 결합해 표면 처리된 동박의 산소 함량과 수소 함량의 총합을 측정한다.
<처리면의 니켈 부착량>
측정 대상 샘플은 크기가 100Х100 mm(면적＝1 dm2)인 표면 처리된 동박이며，표면 처리된 동박에서 표면 처리층이 설치되지 않은 일측은 보호층에 의해 커버되며, 그 중 보호층의 조성은 나일론(polyamide)이다. 계속하여 샘플을 페트리 디시(dish)에 놓고, 20ml의 18% HCL용액으로 상온(25℃)에서 샘플을 10분 동안 침지시킨다. 표면 처리된 동박의 표면 처리층 중의 니켈이 완전히 용해되면, 용액을 50ml의 정량 플라스크에 부어 넣는다. 이후 페트리 디시를 물로 세척하여, 정량 플라스크의 용액이 설정된 부피에 도달할 때까지 정량 플라스크에 수집한다. 니켈 함량은 유도 결합 플라즈마 원자 방출 분광법(Inductively coupled plasma atomic emission spectroscopy (ICP-AES), 모델번호 iCAP7000, Thermo사로부터 구입)을 이용하여 측정한다. 그 중, 캐리어 가스는 아르곤이고, 분무기를 통과하는 가스 유속은 0.5 L/min이다. 측정 결과는 표 2에 기재하였다.
<박리 강도>
표면 처리된 동박의 처리면을 M6수지(Megtron 6, Panasonic co.)를 향한 상태로 양자를 압착하여, 적층판을 형성한다. 압착 조건은 아래와 같다: 온도는 적어도 190°C이고, 압력은 30 kg/cm2이며, 압착 시간은 120분이다.
마지막으로, 표준 IPC-TM-650 2.4.8에 따라, 범용 시험기를 사용하여, 표면 처리된 동박을 90°의 각도로 적층판으로부터 박리한다. 측정 결과는 표 2에 기재하였다.
<내열성>
측정 대상 샘플은 크기가 200Х200 mm인 표면 처리된 동박이며, 샘플을 오븐에 놓고, 오븐 온도를 225℃로 설정한다. 15분 경과 후, 샘플을 오븐에서 꺼내, 표면 처리층이 설치되어 있는 일측의 표면 처리된 동박의 변색 정도를 확인한다. 표면 처리된 동박의 변색 정도를 통해, 표면 처리된 동박의 금속 산화 정도를 결정할 수 있다. 측정 결과는 표 2에 기재하였다. 부호 0은 표면 처리된 동박이 변색되지 않았음을 나타내고, 부호 X는 표면 처리된 동박이 변색되었음을 나타낸다.
<신호 전달 손실>
상기 실시예 중 임의의 표면 처리된 동박을 스트립 라인(stripline)으로 제조하여, 상응한 신호 전달 손실을 측정한다. 스트립 라인의 구조는 도 3에 도시한 바와 같이 예시할 수 있다. 스트립 라인(300)은 152.4 ㎛수지(SyTech Corporation의 S7439G에서 취함) 상에 먼저 상기 실시예 중 임의의 표면 처리된 동박을 접착한 후, 표면 처리된 동박을 도선(302)으로 제조한 다음, 다른 2장의 수지(S7439G，SyTech Corporation의 S7439G에서 취함)를 사용하여 양측 표면을 각각 커버하여, 도선(302)이 수지 캐리어 보드(S7439G, SyTech Corporation.)(304)에 설치되도록 한다. 스트립 라인(300)은 또한 2개의 접지 전극인 접지 전극(306-1)과 접지 전극(306-2)를 포함할 수 있으며, 각각 수지 캐리어 보드(304)의 상대적 양측에 각각 설치된다. 접지 전극(306-1)과 접지 전극(306-2)은 상호간에 도전성 홀을 통해 서로 전기적으로 연결되어, 접지 전극(306-1)과 접지 전극(306-2)이 등전위를 갖게 할 수 있다.
스트립 라인(300) 중 각 부재의 규격은 아래와 같다: 도선(302)의 길이는 100 mm, 폭(w)은 120㎛, 두께(t)는 18㎛이고, 수지 캐리어 보드(304)의 Dk는 3.74, Df는 0.006(IPC-TM 650 No. 2.5.5.5따라, 10GHz신호로 측정)이며; 특징 저항은 50 Ω이다.
표준 Cisco S3방법에 따라, 신호 분석기(PNA N5230C network analyzer, Agilent)를 이용하여 접지 전극(306-1, 306-2)이 모두 접지 전위인 경우, 전기 신호를 도선(302)의 어느 일단을 통해 입력하고, 도선(302)의 타단의 출력 값을 측정하여, 스트립 라인(300)에서 발생하는 신호 전달 손실을 판별한다. 구체적인 측정 조건은 아래와 같다: 전기 신호 주파수는 200 MHz ~ 15 GHz이고, 스캔 수는 6401포인트이며, 보정 방식은 TRL이다.
마지막으로, 전기 신호 주파수가 8GHz인 경우, 상응한 스트립 라인의 신호 전달 손실 정도를 판별하고, 측정 결과는 표 2에 기재하였다. 신호 전달 손실의 절대값이 작을수록, 전달 시 신호 손실 정도가 작음을 의미한다. 구체적으로 말하자면, 신호 전달 손실의 절대값이 25dB/m보다 큰 경우, 신호 전달이 나쁨을 의미한다. 신호 전달 손실의 절대값이 25dB/m 이하인 경우, 신호 전달이 양호함을 의미한다. 신호 전달 손실의 절대값이 23dB/m보다 작은 경우, 신호 전달이 가장 좋음을 의미한다.
[표 2]
[표 2(계속)]
상술한 실시예 1-11에 따르면, 처리면(100A)의 공극 부피(Vv)가 0.1 ~ 1.0 ㎛3/㎛2이고, 처리면(100A)의 최대 높이(Sz)가 1.0 ~ 7.0 ㎛ 의 범위인 경우, 상응한 동박 기판 및 인쇄 회로 기판에 있어서, 표면 처리된 동박과 서로 접촉하는 캐리어 보드는 동시에 높은 박리 강도(예를 들면 0.40 N/mm 이상)와 낮은 신호 전달 손실(신호 전달 손실의 절대값은 25 dB/m 이하)의 요구를 만족시킬 수 있다.
상기 실시예 1-11에 따르면, 처리면(100A)의 공극 부피(Vv)가 추가적으로 0.1 ~ 0.7 ㎛3/㎛2이고, 처리면의 최대 높이(Sz)가 1.0 ~ 7.0 ㎛의 범위인 경우에도, 마찬가지로 높은 박리 강도(예를 들면 0.40 N/mm 이상)와 낮은 신호 전달 손실(신호 전달 손실의 절대값은 25 dB/m 이하)의 요구를 만족시킬 수 있다.
상기 실시예 1-11에 따르면, 처리면의 공극 부피(Vv)가 추가적으로 0.1 ~ 1.0 ㎛3/㎛2이고, 최대 높이(Sz)가 1.0 ~ 7.0 ㎛의 범위이며, 처리면의 핵심부 공극 부피(Vvc)가 추가적으로 0.08 ~ 0.84 ㎛3/㎛2이거나, 파곡부 공극 부피(Vvc)가 추가적으로 0.01 ~ 0.07 ㎛3/㎛2인 경우에도, 마찬가지로 높은 박리 강도와 낮은 신호 전달 손실의 요구를 만족시킬 수 있다.
상기 실시예 1-10에 따르면, 처리면의 공극 부피(Vv)가 0.1 ~ 1.0 ㎛3/㎛2이고, 최대 높이(Sz)가 1.0 ~ 7.0 ㎛의 범위이며, 표면 처리된 동박의 산소 함량 및 수소 함량의 총합이 300ppm 이하인 경우, 추가적으로 낮은 신호 전달 손실을 낮출 수 있다(신호 전달 손실의 절대값은 23 dB/m 미만)다.
상기 실시예 1-11에 따르면, 처리면의 공극 부피(Vv)가 0.1 ~ 1.0 ㎛3/㎛2 이고, 최대 높이(Sz)가 1.0 ~ 7.0 ㎛의 범위이며, 표면 처리된 동박의 니켈 부착량이 40 ~ 200 μg/dm2인 경우, 표면 처리된 동박은 바람직한 내열성을 가질 수 있다. 니켈 부착량이 40 ~ 120 μg/dm2인 경우, 신호 전달 손실을 절대값 20.1 dB/m 미만으로 더 낮출 수 있다.
따라서, 본 발명의 각 실시예에 따르면, 표면 처리된 동박의 처리면의 표면 거칠기 파라미터, 표면 처리된 동박의 수소 함량 및 산소 함량의 총합 또는 처리면의 니켈 부착량을 제어함으로써, 상응한 동박 기판과 인쇄 회로 기판은 표면 처리된 동박과 캐리어 보드 사이의 부착성을 향상시킬 뿐만 아니라, 동시에 고주파 전기 신호가 전도성 패턴에서 전달될 때 발생하는 신호 전달 손실을 감소시킬 수도 있다.
상술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시예일뿐, 본 발명의 청구범위에 근거한 동등한 변화 및 수정은 모두 본 발명의 보호범위에 포함되어야 한다.
100:표면 처리된 동박
100A:처리면
110:본체 동박
110A:제 1면
110B:제 2면
112:표면 처리층
114:조화층
116:둔화층
118:방청층
120:결합층
202:공극 부피
202A:파곡부 공극 부피
202B:핵심부 공극 부피
300:스트립 라인
302:도선
304:수지 캐리어 보드
306-1:접지 전극
306-2:접지 전극
H:두께
T:두께
W:폭

Claims (15)

  1. 처리면을 포함하며, 상기 처리면의 공극 부피(Vv)는 0.1 ~ 1.0㎛3/㎛2이고, 상기 처리면의 최대 높이(Sz)는 1.0 ~ 7.0㎛이고, 상기 공극 부피(Vv) 및 최대 높이(Sz)는 표준 ISO 25178-2:2012의 정의에 따르고,
    상기 공극 부피(Vv)는 부하율(mr)이 10% 내지 100%인 구간에서 계산되는 것을 특징으로 하는, 표면 처리된 동박.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 처리면의 공극 부피(Vv)는 0.1 ~ 0.7㎛3/㎛2인 것을 특징으로 하는, 표면 처리된 동박.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 처리면의 최대 높이(Sz)는 1.2 ~ 7.0㎛인 것을 특징으로 하는, 표면 처리된 동박.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 처리면의 핵심부 공극 부피(Vvc)는 0.08 ~ 0.84㎛3/㎛2인 것을 특징으로 하는, 표면 처리된 동박.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 처리면의 파곡부 공극 부피(Vvv)는 0.01 ~ 0.07㎛3/㎛2인 것을 특징으로 하는, 표면 처리된 동박.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 처리면의 니켈 부착량은 40 ~ 200μg/dm2인 것을 특징으로 하는, 표면 처리된 동박.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 처리면의 니켈 부착량은 40 ~ 120μg/dm2인 것을 특징으로 하는, 표면 처리된 동박.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 표면 처리된 동박의 산소 함량 및 수소 함량의 총합은 300ppm 이하인 것을 특징으로 하는, 표면 처리된 동박.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 표면 처리된 동박의 산소 함량 및 수소 함량의 총합은 40 ~ 300ppm인 것을 특징으로 하는, 표면 처리된 동박.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    본체 동박; 및
    상기 본체 동박의 적어도 하나의 표면에 설치되는 표면 처리층을 더 포함하고, 상기 표면 처리층의 최외측은 상기 처리면인 것을 특징으로 하는, 표면 처리된 동박.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 본체 동박은 전해 동박이며, 상기 표면 처리층은 서브층을 포함하고, 상기 서브층은 조화층인 것을 특징으로 하는, 표면 처리된 동박.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 표면 처리층은 또한 적어도 하나의 기타 서브층을 더 포함하고, 상기 적어도 하나의 기타의 서브층은 둔화층 및 결합층으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는, 표면 처리된 동박.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 둔화층은 적어도 하나의 금속을 포함하고, 상기 금속은 니켈, 아연, 크롬, 코발트, 몰리브덴, 철, 주석 및 바나듐으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는, 표면 처리된 동박.
  14. 캐리어 보드; 및
    상기 캐리어 보드의 적어도 하나의 표면에 설치되는 표면 처리된 동박을 포함하되,
    상기 표면 처리된 동박은,
    본체 동박; 및
    상기 본체 동박 및 상기 캐리어 보드 사이에 설치되고, 상기 캐리어 보드를 향하는 처리면을 포함하며, 상기 처리면의 공극 부피(Vv)는 0.1 ~ 1.0㎛3/㎛2이고, 상기 처리면의 최대 높이(Sz)는 1.0 ~ 7.0㎛인 표면 처리층을 포함하고, 상기 공극 부피(Vv) 및 최대 높이(Sz)는 표준 ISO 25178-2:2012의 정의에 따르고, 상기 공극 부피(Vv)는 부하율(mr)이 10% 내지 100%인 구간에서 계산되는 것을 특징으로 하는, 동박 기판.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 표면 처리층의 상기 처리면은 상기 캐리어 보드에 직접 접촉하는 것을 특징으로 하는, 동박 기판.
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