KR20040051749A - Manufacturing method of PTFE composite board - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은, 인쇄회로기판용 PTFE 복합체 원판 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 기가헤르츠(GHz)대의 고주파 대역을 사용하는 첨단정밀 계측기, 위성통신, 휴대용단말기 등의 인쇄회로기판을 제작할 때 사용되는 인쇄회로기판용 PTFE 복합체 원판의 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a PTFE composite disc for printed circuit boards, and more particularly, to fabricate printed circuit boards such as high-precision measuring instruments, satellite communications, and portable terminals using high frequency bands of gigahertz (GHz). The present invention relates to a method for producing a PTFE composite disc for printed circuit boards.
일반적으로, 인쇄회로기판(Printed-Circuit Board)은 각종 열 경화성 합성수지로 이루어진 원판의 일면 또는 양면에 도금에 의해 만들어진 소정의 두께의 동박을 열 압착(Hot pressing) 방식으로 접합시킨 뒤 그 표면에 다양한 회로를 만든 것이다. 인쇄회로기판을 제작하기 위해 일면 또는 양면에 동박이 접합되는 복합체 원판은, 페놀 수지, 에폭시 수지, 폴리미이드(polyimide) 수지, 폴리테트라플루오르에틸렌(Polytetrafluroethylene : PTFE, 이하 'PTFE'라 함) 등을 유리섬유 등으로강화시킨 것으로서, 그 중에서 에폭시 복합체 원판이 동박에 잘 접합되며 고 탄력성, 저렴한 비용이라는 여러 가지 장점 때문에 가장 널리 사용되고 있다.In general, a printed circuit board (Printed-Circuit Board) is bonded to the copper foil of a predetermined thickness made by plating on one or both sides of the disk made of various thermosetting synthetic resin by hot pressing method and then various I made a circuit. Composite discs in which copper foil is bonded to one or both surfaces to manufacture a printed circuit board include a phenol resin, an epoxy resin, a polyimide resin, and a polytetrafluoroethylene (PTFE). It is reinforced with glass fiber, etc. Among them, epoxy composite disc is bonded to copper foil and is most widely used because of various advantages such as high elasticity and low cost.
그러나 기술이 발전함에 따라 통신장비는 갈수록 고주파대역을 사용하고 있으며 위성 방송 수신기, 차량용 위치 측정 시스템(GPS) 등과 같은 초고속 무선통신기기는 사용 주파수가 수십 기가헤르츠(GHz)까지 확대되고 잇는 실정이다. 그런데, 에폭시 복합체 원판, 좀 더 엄밀히 말하자면 유리섬유에 에폭시를 고착 및 건조시킨 에폭시 복합체 원판은, 기가헤르츠(GHz)대의 고주파 대역을 사용하는 첨단정밀 계측기, 위성통신, 휴대용단말기 등에는 사용되기가 곤란하다. 왜냐하면 고주파 대역을 사용하는 기기에 사용되기 위해서는 복합체 원판이 저 유전율을 가져야 하는데 에폭시 복합체 원판은 4 이상의 유전율을 가지기 때문에 통신신호와 간섭을 일으키기 때문이다. 이외에도 에폭시 복합체 원판은 실장시 온도 상승에 따른 고유리전이온도, 저수축율 등에 있어서 바람직한 특성을 가지고 있지 못하다.However, as technology advances, communication equipments are increasingly using high frequency bands, and high-speed wireless communication devices such as satellite broadcast receivers and vehicle positioning systems (GPS) are expanding to use frequencies of several tens of gigahertz (GHz). However, epoxy composite discs, or more specifically, epoxy composite discs in which epoxy is fixed and dried on glass fibers, are difficult to be used in high-precision measuring instruments, satellite communications, portable terminals, etc. using high frequency bands of gigahertz (GHz). Do. In order to be used in the equipment using high frequency band, the composite disc should have low dielectric constant because the epoxy composite disc has the dielectric constant of 4 or more, which will interfere with the communication signal. In addition, the epoxy composite disc does not have desirable characteristics in high dielectric transition temperature, low shrinkage rate, etc. as the temperature increases during mounting.
따라서 에폭시 복합체 원판의 이러한 문제점을 고려하여 기가헤르츠(GHz) 주파수대를 사용하는 정보통신기기에 사용될 수 있도록 유전율 4 이하를 가질 수 있는 PTFE 복합체 원판이 소개된 바 있다. PTFE는 우수한 전기적 특성, 높은 내열성, 용매에 대한 내침식성등의 장점이 있으나 인장강도가 약하고 잘 휘어지는 단점이 있으므로 PTFE 복합체 원판은 PTFE를 세라믹 충전제(filler)나 유리섬유로 강화한 것이다.Therefore, in consideration of this problem of the epoxy composite disc has been introduced PTFE composite disc having a dielectric constant of 4 or less to be used in information and communication devices using the gigahertz (GHz) frequency band. PTFE has advantages such as excellent electrical properties, high heat resistance, and corrosion resistance to solvents, but has a weak tensile strength and a good deflection, so that the PTFE composite disc is reinforced with PTFE or a ceramic filler.
그런데, 종래의 세라믹 충전제나 유리섬유로 강화된 PTFE 복합체 원판에 있어서는, 내열성이 떨어져 고주파 대역으로 갈수록 내부 발열 때문에 원판이 휘어지거나 동박과의 접착력이 떨어지며, 완전히 균일하게 충전제가 분산되지 않아 기판의 국부적인 유전율의 차이가 발생되고 이러한 국부적인 유전율의 차이로 인하여 유전손실 값이나 전파전송속도 등과 같은 전기적 특성에 국부적인 차이를 가져와 소자의 안정적인 작동에 문제를 발생시키는 문제점이 있었다.However, in the conventional PTFE composite disc reinforced with ceramic filler or glass fiber, the heat resistance is poor, and the disc is warped due to internal heat generation, and the adhesive strength with the copper foil is lowered toward the high frequency band. The difference in phosphorus dielectric constant is generated and the local dielectric constant causes a problem in stable operation of the device due to a local difference in electrical characteristics such as dielectric loss value or radio wave transmission rate.
따라서, 본 발명의 목적은, 종래의 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 종래의 인쇄회로기판용 복합체 원판보다 낮은 열팽창률 특성을 갖는 등 우수한 기계적 물성을 나타내고, 충분한 기계적 물성을 유지하면서도 3.5 이하의 유전상수 값을 가져 기가헤르츠(GHz) 영역의 고주파수 특성에 적합한 물성을 나타내고, 원판 내의 국부적 유전상수의 차이를 줄여 고주파 영역에서 안정적인 작동이 가능한 인쇄회로기판용 PTFE 복합체 원판의 제조방법을 제공하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention, in order to solve such a problem in the prior art, exhibits excellent mechanical properties such as lower thermal expansion coefficient characteristics than the conventional composite disk for printed circuit boards, dielectric constant of 3.5 or less while maintaining sufficient mechanical properties The present invention provides a method for producing a PTFE composite disc for printed circuit boards, which exhibits physical properties suitable for high-frequency characteristics in the gigahertz (GHz) region and reduces the difference in local dielectric constants in the original plate to enable stable operation in the high frequency region.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 인쇄회로기판용 PTFE 복합체 원판의 제조방법 흐름도,1 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a PTFE composite disc for a printed circuit board according to an embodiment of the present invention;
도 2a 내지 도 2b는 유리섬유직물 내에 PTFE 수분산액의 함침 횟수에 따른 PTFE 무게 변화와 PTFE 무게분율의 변화를 도시한 그래프,2a to 2b is a graph showing the change in the PTFE weight and the PTFE weight fraction according to the number of times impregnated with the PTFE aqueous dispersion in the glass fiber fabric,
도 3은 유리섬유직물 내에 PTFE 수분산액의 함침 횟수에 따른 인장강도의 변화를 도시한 그래프,3 is a graph showing the change in tensile strength according to the number of times impregnated with a PTFE aqueous dispersion in a glass fiber fabric,
도 4a 내지 도 4d는 유리섬유직물 내에 PTFE 수분산액의 1회 내지 4회 함침 횟수에 따른 단면 미세구조를 촬영한 사진,Figure 4a to 4d is a photograph of the cross-sectional microstructure according to the number of times 1 to 4 times the impregnation of the PTFE aqueous dispersion in the glass fiber fabric,
도 5는 유리섬유직물 내에 PTFE 수분산액의 함침 횟수에 따른 열팽창계수의 변화를 도시한 그래프,5 is a graph showing a change in the coefficient of thermal expansion according to the number of times impregnated with a PTFE aqueous dispersion in a glass fiber fabric,
도 6은 유리섬유직물 내에 PTFE 수분산액의 함침 횟수에 따른 1MHz에서의 유전상수 변화를 도시한 그래프,6 is a graph showing the change in dielectric constant at 1 MHz according to the number of times impregnated with the PTFE aqueous dispersion in glass fiber fabric,
도 7은 함침 횟수에 따른 유전상수의 표준편차를 도시한 그래프,7 is a graph showing the standard deviation of the dielectric constant according to the number of impregnations,
도 8은 유리섬유직물 내에 PTFE 수분산액의 함침 횟수에 따른 10GHz에서의 유전상수 변화를 도시한 그래프,8 is a graph showing the change of dielectric constant at 10 GHz according to the number of times impregnated with the PTFE aqueous dispersion in glass fiber fabric,
도 9는 유리섬유직물 내에 PTFE 수분산액의 함침 횟수에 따른 전파전송속도를 도시한 그래프이다.9 is a graph showing the radio wave transmission rate according to the number of times impregnated with the PTFE aqueous dispersion in the glass fiber fabric.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
10 : 함침단계 20 : 건조단계10: impregnation step 20: drying step
30 : 수분제거단계 40 : 열처리단계30: water removal step 40: heat treatment step
50 : 열압착단계 61 : PTFE층(PTFE Layer)50: thermal compression step 61: PTFE layer
63 : 유리섬유직물층63: glass fiber fabric layer
상기 목적은, 본 발명에 따라, 인쇄회로기판을 제작하기 위해 일면 또는 양면에 동박이 접합되는 인쇄회로기판용 PTFE 복합체 원판의 제조방법에 있어서, 물 100중량부에 대하여 폴리테트라플루오르에틸렌(Polytetrafluroethylene: PTFE) 입자 10 내지 60중량부, 계면활성제 1 내지 5중량부를 포함한 폴리테트라플루오르에틸렌 수분산액에 유리섬유직물을 함침시키는 함침단계; 상기 함침된 유리섬유직물을 건조시키는 건조단계; 상기 건조된 유리섬유직물을 250 내지 300℃의 온도로 승온시켜 상기 계면활성제를 제거시킨 후 서냉시켜 프리프레그(prepreg)를 만드는 열처리단계; 및 상기 프리프레그를 복수 장 겹쳐서 300 내지 380℃의 온도에서 열 압착(hot pressing)하는 열압착단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 인쇄회로기판용 PTFE 복합체 원판 제조방법에 의해 달성된다.The above object is, according to the present invention, in the method for producing a PTFE composite disc for printed circuit board copper foil is bonded to one side or both sides to produce a printed circuit board, polytetrafluoroethylene (Polytetrafluroethylene: PTFE) impregnating step of impregnating the glass fiber fabric with an aqueous polytetrafluoroethylene dispersion including 10 to 60 parts by weight of particles and 1 to 5 parts by weight of surfactant; Drying step of drying the impregnated glass fiber fabric; A heat treatment step of heating the dried glass fiber fabric to a temperature of 250 to 300 ° C. to remove the surfactant and then slowly cooling to make a prepreg; And a thermocompression step of hot pressing the plurality of sheets of the prepreg at a temperature of 300 to 380 ° C .; and a method of manufacturing a PTFE composite disc for a printed circuit board.
여기서, 상기 열압착단계는 압력이 1 내지 5 ton/m2인 것이 바람직하다.Here, the thermocompression step is preferably a pressure of 1 to 5 ton / m 2 .
또한, 상기 건조단계는 30 내지 70℃의 온도에서 10 내지 40분 동안 수행되는 것이 바람직하며, 이 경우 상기 건조단계 후 상기 열처리단계 전에 90 내지 130℃의 온도에서 10 내지 30분 동안 상기 건조된 유리섬유직물로부터 수분을 제거하는 수분제거단계를 더 포함하도록 구성할 수 있다.In addition, the drying step is preferably carried out for 10 to 40 minutes at a temperature of 30 to 70 ℃, in this case, the dried glass for 10 to 30 minutes at a temperature of 90 to 130 ℃ before the heat treatment step after the drying step It may be configured to further include a water removal step of removing water from the textile fabric.
한편, 상기 함침단계와 상기 건조단계를 2 내지 4회 반복 실시하는 것이 보다 바람직하다.On the other hand, it is more preferable to repeat the impregnation step and the drying step 2 to 4 times.
이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 인쇄회로기판용 PTFE 복합체 원판의 제조방법 흐름도로서, 이에 도시된 바와 같이, 본 발명의 인쇄회로기판용 PTFE 복합체 원판은, 물 100중량부에 대하여 PTFE 입자 10 내지 60중량부, 계면활성제 1 내지 5중량부를 포함한 PTFE 수분산액에 유리섬유직물을 1 내지 10분 동안 함침시켜 PTFE 수분산액이 유리섬유직물에 충분히 적셔지게 하는 함침단계(10)와, 함침된 유리섬유직물을 30 내지 70℃의 온도에서 10 내지 40분 동안 유지시키면서 건조시키는 건조단계(20)와, 여기서 건조된 유리섬유직물을 다시 PTFE 수분산액에 함침시키고 건조하는 단계를 반복하여 필요에 따라 함침 횟수가 2 내지 4회가 되도록 하며, 이 후 건조된 유리섬유직물을 90 내지 130℃ 온도로 승온시킨 후 10 내지 30분 동안 유지하면서 남아있는 수분을 제거하는 수분제거단계(30)와, 수분이 제거된 유리섬유직물을 250 내지 300℃의 온도로 승온시켜 10 내지 30분 동안 유지시키면서 계면활성제 및 각종 첨가제 등을 제거시킨 후 서냉시켜 프리프레그(prepreg)를 만드는 열처리단계(40)와, 프리프레그를 원판의 두께가 0.2 내지 2.0 mm 정도가 되도록 2 내지 5장을 겹쳐서 300 내지 380℃에서 1 내지 5 ton/m2의 압력으로 30 내지 100분 동안 열 압착(hot pressing)하는 열압착단계(50)를 통하여 제조된다.1 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a PTFE composite disc for a printed circuit board according to an embodiment of the present invention. As shown in the drawing, the PTFE composite disc for a printed circuit board of the present invention includes PTFE particles based on 100 parts by weight of water. An impregnation step (10) for impregnating the glass fiber fabric with the PTFE aqueous dispersion including 10 to 60 parts by weight and 1 to 5 parts by weight of the surfactant for 1 to 10 minutes to sufficiently wet the PTFE aqueous dispersion with the glass fiber fabric; The drying step 20 of drying the glass fiber fabric while maintaining for 10 to 40 minutes at a temperature of 30 to 70 ℃, wherein the dried glass fiber fabric is again impregnated in PTFE aqueous dispersion and dried as necessary The number of impregnation is 2 to 4 times, after which the dried glass fiber fabric is heated to a temperature of 90 to 130 ℃ and maintained for 10 to 30 minutes to remove the remaining moisture The powder removing fabric 30 and the water-removing glass fiber fabric are heated to a temperature of 250 to 300 ° C. to maintain for 10 to 30 minutes while removing the surfactant and various additives, and then slowly cooling the prepreg. The heat treatment step 40 to make, and pre-preg the sheet by overlapping 2 to 5 sheets so that the thickness of the disc is about 0.2 to 2.0 mm at 30 to 100 minutes at a pressure of 1 to 5 ton / m 2 at 300 to 380 ℃ It is produced through the hot pressing step (hot pressing) (50).
도 2a 내지 도 2b는 유리섬유직물 내에 PTFE 수분산액의 함침 횟수에 따른 PTFE 무게 변화와 PTFE 무게분율의 변화를 도시한 그래프로서, PTFE 미세 입자(micro powder)의 무게는 함침 횟수 별로 각각 5장의 함침된 유리섬유직물(woven glass fiber)의 무게로부터 측정된 PTFE 미세 입자(micro powder)의 무게의 평균값을 사용하였다. 유리섬유직물에 흡착되는 PTFE의 양은 함침 횟수에 따라 증가하는 경향을 나타내는데, 특히, PTFE 미세 입자(micro powder)의 흡착되는 무게분율이 감소하다가 3회 함침부터는 포화(saturate)되는 경향을 나타내었다. 이는 유리섬유직물을 PTFE 수분산액에 함침시키면 용매인 물에 분산되어있는 PTFE 미세 입자(micro powder)가 유리섬유직물에 흡착되고 이를 건조하면 그대로 유리섬유직물에 PTFE 미세 입자(micro powder)가 남아있게 된다. 이러한 과정을 반복하게 되면 처음에는 유리섬유직물에 흡착된 PTFE 미세 입자(micro powder)는 떨어져 나가지 않고 PTFE 미세 입자(micro powder)는 계속적으로 흡착을 하지만 3회 함침 때부터는 유리섬유직물의 굴곡을 충분히 채워졌기 때문에 더 이상은 흡착되지 않게 된다. 도 2b를 살펴보면, 1회 함침일 때의 PTFE의 무게분율은 25%, 2회 함침일 때는 10%로서 누적하면 35%, 3회 함침일 때는 5%로서 누적하면 40%, 4회 함침일 때는 5%로서 누적하면 45%정도이다.2A to 2B are graphs showing the change in PTFE weight and the weight fraction of PTFE according to the number of times impregnated with the PTFE aqueous dispersion in the glass fiber fabric, wherein the weight of PTFE micro powders is impregnated by 5 times for each impregnation number. The average value of the weight of PTFE micro powder measured from the weight of the woven glass fiber was used. The amount of PTFE adsorbed on the glass fiber fabric showed a tendency to increase with the number of impregnations. In particular, the weight fraction of PTFE micro powder adsorbed decreased and then saturated from three times impregnation. This impregnates the glass fiber fabric with the PTFE aqueous dispersion, so that the PTFE micro powder dispersed in the solvent water is adsorbed onto the glass fiber fabric and when it is dried, the PTFE micro powder remains in the glass fiber fabric as it is. do. When this process is repeated, the PTFE micro powder adsorbed on the glass fiber fabric does not fall off and the PTFE micro powder is continuously adsorbed, but from three times impregnation, the glass fiber fabric is sufficiently curved. Since it is filled, it is no longer adsorbed. Referring to Figure 2b, the weight fraction of PTFE in one impregnation is 25%, 10% in two impregnations 35% cumulative, 5% in three impregnation, 40% cumulative, four times impregnation 5% of the total is about 45%.
도 3은 유리섬유직물 내에 PTFE 수분산액의 함침 횟수에 따른 인장강도의 변화를 도시한 그래프로서, 이는 PTFE 수분산액에 함침된 유리섬유직물을 4장 겹쳐서 약 340℃에서 1시간동안 열 압착(Hot pressing)을 하여 제작한 5㎝×5㎝ 크기의 시편을 5mm×45mm의 크기와 0.7 내지 1.2mm의 두께로 절단하여 인장강도를 측정한 것이다. 이에 도시된 바와 같이 PTFE 수분산액에 유리섬유직물의 함침 횟수 증가에 따라 인장강도는 조금씩 줄어들고 있다. PTFE 덩어리(bulk) 상태의 인장강도는 15MPa고 유리섬유직물의 인장강도는 100MPa정도이기 때문에, 유리섬유직물에 후술할 도 4a 내지 도 4d에 도시된 PTFE층(PTFE Layer)(61)이 형성되면서 인장강도는 감소를 하게 된다. 이는 유리섬유직물에 흡착되는 PTFE의 양이 증가함으로써 유리섬유직물의 두께는 증가하지 않지만 PTFE층(61)의 두께는 증가하므로 시편 단면의 단위면적 당 전체적인 유리섬유직물 대 PTFE의 두께 비율이 감소하게 되고 따라서 파괴 단면의 단위 두께 당 PTFE의 두께 비율이 증가하기 때문이다. 그러나 PTFE층(61)의 두께 증가가 매우 미소하므로 인장강도의 변화는 약 80MPa에서 74MPa로 아주 미세하다. 이러한 PTFE층(61) 두께의 증가는 후술할 도 4a 내지 4d에서 단면 미세구조 분석을 통해서 확인 할 수가 있는데, 유리섬유직물을 PTFE 수분산액에 1회 함침부터 4회 함침까지 했을 때 함침 횟수 순서대로 PTFE 층의 두께가 점점 증가하고 있는 것을 볼 수가 있다.3 is a graph showing the change in tensile strength according to the number of times impregnated with the PTFE aqueous dispersion in the glass fiber fabric, which overlaps four sheets of the glass fiber fabric impregnated with the PTFE aqueous dispersion and heat-compresses at about 340 ° C. for 1 hour. Tensile strength was measured by cutting a 5 cm x 5 cm specimen prepared by pressing to a thickness of 5 mm x 45 mm and a thickness of 0.7 to 1.2 mm. As shown in the drawing, the tensile strength decreases little by little as the number of impregnation of the glass fiber fabric in the PTFE aqueous dispersion. Since the tensile strength of the PTFE bulk state is 15 MPa and the tensile strength of the glass fiber fabric is about 100 MPa, the PTFE layer 61 shown in FIGS. 4A to 4D to be described later is formed on the glass fiber fabric. Tensile strength decreases. This increases the amount of PTFE adsorbed on the glass fiber fabric, which does not increase the thickness of the glass fiber fabric, but increases the thickness of the PTFE layer 61, thereby reducing the total ratio of glass fiber fabric to PTFE per unit area of the cross section of the specimen. This is because the thickness ratio of PTFE per unit thickness of the fracture cross section increases. However, since the increase in the thickness of the PTFE layer 61 is very small, the change in tensile strength is very minute, about 80 MPa to 74 MPa. The increase in the thickness of the PTFE layer 61 can be confirmed through cross-sectional microstructure analysis in FIGS. 4A to 4D, which will be described later, in order of impregnation when glass fiber fabric is impregnated with PTFE water dispersion once to four times. It can be seen that the thickness of the PTFE layer is gradually increasing.
도 4a 내지 도 4d는 유리섬유직물 내에 PTFE 수분산액의 1회 내지 4회 함침 횟수에 따른 단면 미세구조를 촬영한 사진으로서, 이에 도시된 바와 같이, 거친 단면을 가지고 굴곡을 그리며 연속적으로 연결된 부분이 유리섬유직물층(63)을 나타내며 유리섬유직물층(63) 사이를 메우고 있는 것이 PTFE층(61)이다. 유리섬유직물을 PTFE 수분산액에 함침한 횟수가 증가함에 따라 PTFE층(61)이 증가함을 볼 수가 있으며 특히 2번 함침한 시편의 미세구조와 3번 함침한 시편의 미세구조에서는 PTFE층(61)의 큰 차이를 관찰할 수가 있다. 1번, 2번 함침한 PTFE 복합체의 미세구조에서는 유리섬유직물층(63) 사이에 있는 PTFE층(61)이 충분하지 못하여, 유리섬유직물층(63)이 일부 접촉되어 있는 부분을 관찰할 수가 있으나, 3번 내지 4번 함침한 PTFE 복합체 원판의 미세구조를 보면 유리섬유직물이 서로 접촉되어 있는 부분이 관찰되지 않는다. 이러한 사실은 유리섬유직물을 PTFE 수분산액에 함침한 횟수 변화에 따라 PTFE 복합체 원판의 인장강도가 감소하는 사실과 일치된다.Figures 4a to 4d is a photograph of the cross-sectional microstructure according to the number of 1 to 4 times the impregnation of the PTFE aqueous dispersion in the glass fiber fabric, as shown therein, has a coarse cross-section curved and connected continuously The PTFE fiber layer 61 is shown, and the glass fiber fabric layer 63 fills the glass fiber fabric layer 63. It can be seen that the PTFE layer 61 increases as the number of glass fiber fabrics is impregnated with the PTFE aqueous dispersion increases. Particularly, in the microstructure of the specimen impregnated twice and the microstructure of the specimen impregnated twice, the PTFE layer (61) We can observe a big difference of). In the microstructure of the PTFE composite impregnated 1 and 2, the PTFE layer 61 between the glass fiber fabric layers 63 is not sufficient, so that the part where the glass fiber fabric layer 63 is partially contacted can be observed. However, when looking at the microstructure of the PTFE composite discs impregnated 3 to 4 times, the parts where the glass fiber fabrics are in contact with each other are not observed. This fact is consistent with the fact that the tensile strength of the PTFE composite disc decreases with the change in the number of times the glass fiber fabric is impregnated with the PTFE aqueous dispersion.
도 5는 유리섬유직물 내에 PTFE 수분산액의 함침 횟수에 따른 열팽창계수의 변화를 도시한 그래프로서, 이는 PTFE 수분산액에 함침된 횟수에 따른 유리섬유직물을 약 340℃에서 1시간 동안 열 압착(Hot pressing)한 원판의 열팽창률 변화를 나타낸 것이다. PTFE 수분산액에 함침 횟수에 따른 PTFE 원판의 열팽창률은 함침횟수의 변화에 따라 73ppm/℃ 내지 32ppm/℃로 감소하는 경향을 나타내었다. 이는 열팽창률이 큰 PTFE 층이 증가하지만 함침 횟수에 따라서 더욱 더 조밀한 구조를 갖게 되기 때문이다. 이것은 전술한 도 4a 내지 도 4b의 PTFE 복합체 원판 단면의 미세구조 분석결과를 통해서도 예측될 수 있다.5 is a graph showing the change in the coefficient of thermal expansion according to the number of times impregnated with the PTFE aqueous dispersion in the glass fiber fabric, which is a thermal compression (Hot) of the glass fiber fabric for about 1 hour at about 340 ℃ It shows the change in thermal expansion rate of the pressed disk. The coefficient of thermal expansion of the PTFE disc according to the number of times of impregnation in the PTFE aqueous dispersion showed a tendency to decrease from 73ppm / ° C to 32ppm / ° C with the change of the number of impregnations. This is because the PTFE layer, which has a high coefficient of thermal expansion, increases, but has a denser structure depending on the number of impregnations. This can also be predicted through the microstructure analysis results of the cross section of the PTFE composite disc of FIGS. 4A to 4B.
그리고 도 5를 살펴보면, PTFE 수분산액에 유리섬유직물의 함침 횟수가 3회 이상 일 때 열팽창률이 크게 감소하는 현상이 관찰되는데, 이는 1회, 2회 함침 시에는 PTFE가 흡착되어 유리섬유직물의 굴곡 부분만을 채우지만 3회 함침 후부터 유리섬유직물의 굴곡 부분을 전부 채운 후 PTFE 층을 형성함으로써 유리섬유직물층(63)이 상호 접촉되는 면이 감소하기 때문으로 풀이된다. 이러한 결과는 후술할 도 7의 국부적인 유전상수의 표준편차변화와 일치하는데 일정한 단위면적의 국부적인 유전상수의 표준편차가 3번 이상 함침된 PTFE 복합체 원판에서는 7%이하로 낮은 표준편차를 나타낸다.5, a phenomenon in which the coefficient of thermal expansion is greatly decreased when the number of impregnation of the glass fiber fabric in the PTFE aqueous dispersion is more than three times is observed. Although only the bent portion is filled, it is solved because the surface where the glass fiber fabric layer 63 is in contact with each other is reduced by forming a PTFE layer after filling the bent portion of the glass fiber fabric three times after impregnation. These results are consistent with the standard deviation change of the local dielectric constant of FIG. 7 which will be described later. The standard deviation of the local dielectric constant of a certain unit area is less than 7% in the PTFE composite disc impregnated three or more times.
도 6은 유리섬유직물 내에 PTFE 수분산액의 함침 횟수에 따른 1MHz에서의 유전상수 변화를 도시한 그래프로서, PTFE는 유전상수가 2정도이고 유리섬유직물은 유전상수가 6 내지 7정도인데, PTFE 복합체 원판의 유전상수는 유리섬유직물을 PTFE 수분산액에 함침한 횟수변화에 따라 3.1에서 2.9로 미세하게 감소하는 경향을 나타내었다. 이는 앞의 열팽창률의 변화에서도 언급했듯이 유전상수가 비교적 낮은 PTFE층(61)의 두께변화가 아주 미소하게 증가하기 때문인 것으로 풀이된다.6 is a graph showing the change in dielectric constant at 1 MHz according to the number of times impregnated with the PTFE aqueous dispersion in the glass fiber fabric, PTFE has a dielectric constant of 2 and glass fiber fabric has a dielectric constant of about 6 to 7, PTFE composite Dielectric constant of disc showed a tendency to decrease slightly from 3.1 to 2.9 as the number of times glass fiber fabric was immersed in PTFE aqueous dispersion. This is because the change in the thickness of the PTFE layer 61 having a relatively low dielectric constant increases very slightly as mentioned in the change in the coefficient of thermal expansion.
도 7은 함침 횟수에 따른 유전상수의 표준편차를 도시한 그래프로서, 이는 유전상수의 균일성을 측정하기 위해서 2cm×2cm크기의 시편에 한쪽 면에는 6mm 지름의 원형모양으로 전극을 4곳에 증착을 하고 한쪽은 전체적으로 전극을 증착시켜 시편을 제조한 후 각 시편들의 각 부분마다 유전상수를 측정하고 유전상수의 표준편차를 도시한 것이다. 도 4a 내지 도 4d의 단면 미세구조 분석에서 언급했듯이 PTFE 수분산액에 3번 이상 함침 했을 때 유리섬유직물의 굴곡에 PTFE 미세입자(micro powder)가 채워지고 그 위에도 충분한 양의 PTFE층(61)이 생성되므로 복합체 전체에 걸쳐 PTFE가 고르게 분포하고 있었으므로 유리섬유직물을 3회 이상 PTFE 수분산액에 함침한 후부터는 국부적인 유전상수에 대한 표준편차도 매우 감소할 것으로 예상 할 수가 있다. 실제로 도 7을 살펴보면 유리섬유직물을 3회 이상 PTFE 수분산액에 함침한 후부터 국부적인 유전상수의 표준편차는 9%에서 6%로 급격히 줄어들고 있음을 관찰할 수 있다.7 is a graph showing the standard deviation of the dielectric constant according to the number of impregnation, which is to deposit the electrode in four places in a circular shape of 6mm diameter on one side of a 2cm × 2cm size specimen to measure the uniformity of the dielectric constant. One side of the specimen is prepared by depositing an electrode as a whole, and the dielectric constant is measured for each part of each specimen and the standard deviation of the dielectric constant is shown. As mentioned in the cross-sectional microstructure analysis of FIGS. 4A to 4D, when the PTFE aqueous dispersion is impregnated three or more times, the bent PTFE fiber is filled with the PTFE fiber 61 and a sufficient amount of the PTFE layer 61 is formed thereon. Since PTFE was evenly distributed throughout the composite, it can be expected that the standard deviation for the local dielectric constant will be greatly reduced after impregnating the glass fiber fabric with the PTFE aqueous dispersion more than three times. In fact, looking at Figure 7, it can be seen that the standard deviation of the local dielectric constant is rapidly reduced from 9% to 6% after impregnating the glass fiber fabric in the PTFE aqueous dispersion more than three times.
도 8은 유리섬유직물 내에 PTFE 수분산액의 함침 횟수에 따른 10GHz에서의 유전상수 변화를 도시한 그래프로서, 이에 도시된 바와 같이, 1MHz에서의 유전상수와 마찬가지로 10GHz에서도 함침 횟수가 증가함에 따라 PTFE층(61)이 증가하므로 유전상수는 함침 횟수에 따라 점점 작아지게 된다. 1MHz에서의 유전상수와 10GHz에서의 유전상수는 10GHz에서의 유전상수가 조금 더 작은 수치를 나타내는데, 이는 세라믹과 유리섬유를 포함하는 PTFE 복합체 원판과 마찬가지로 분극 메커니즘(polarization mechanism)의 차이라 할 수 있다.8 is a graph showing the change in dielectric constant at 10 GHz according to the number of times impregnated with the PTFE aqueous dispersion in the glass fiber fabric, as shown, the PTFE layer as the number of impregnation increases at 10 GHz as the dielectric constant at 1 MHz As (61) increases, the dielectric constant becomes smaller with the number of impregnations. Dielectric constants at 1 MHz and dielectric constants at 10 GHz show slightly smaller values at 10 GHz, which is the difference in polarization mechanism, as with PTFE composite discs containing ceramic and glass fibers. .
도 9는 유리섬유직물 내에 PTFE 수분산액의 함침 횟수에 따른 전파전송속도를 도시한 그래프로서, 전파전송속도는 유전상수와 반비례하여, 함침 횟수가 증가할수록 전파전송속도는 증가한다. 도 9에서 위쪽의 그래프는 유효유전상수로 계산된 이론 값들이고 아래쪽의 그래프는 실험하여 직접 측정한 실험 값들이다. 실험 값과 이론 값들의 함침 횟수 변화에 따른 전파전송속도의 감소 폭은 0.4×108 m/s정도로 둘 다 비슷하게 감소하여 함침 횟수의 변화가 동박과 PTFE 복합체 원판과의 계면 특성을 더 이상 저하시키지 않는다는 것을 알 수 있다. 이는 PTFE 복합체 원판의 형태가 층상구조를 이루고, 함침 횟수에 관계없이 PTFE층(61)만이 동박과 계면을 이루기 때문이다.9 is a graph showing the radio wave transmission rate according to the number of impregnation of the PTFE aqueous dispersion in the glass fiber fabric, the radio wave transmission rate is inversely proportional to the dielectric constant, the radio wave transmission rate increases as the number of impregnation increases. In FIG. 9, the upper graphs are theoretical values calculated as effective dielectric constants, and the lower graphs are experimental values measured directly by experiments. The decrease in the radio wave transmission rate with the change of the impregnation number of the experimental value and the theoretical value is about 0.4 × 108 m / s, and both decrease similarly. It can be seen that. This is because the PTFE composite disc forms a layered structure, and only the PTFE layer 61 forms an interface with the copper foil regardless of the number of impregnations.
이상과 같이, 물 100중량부에 대하여 PTFE 입자 10 내지 60중량부, 계면활성제 1 내지 5중량부를 포함한 PTFE 수분산액에 유리섬유직물을 함침시키는 함침단계(10)와, 함침된 유리섬유직물을 건조시키는 건조단계(20)와, 건조된 유리섬유직물을 250 내지 300℃의 온도로 승온시켜 계면활성제를 제거시킨 후 서냉시켜 프리프레그(prepreg)를 만드는 열처리단계(40)와, 프리프레그를 복수 장 겹쳐서 300 내지 380℃의 온도에서 열 압착(hot pressing)하는 열압착단계(50)를 마련함으로써, 종래의 인쇄회로기판용 복합체 원판보다 낮은 열팽창률 특성을 갖는 등 우수한 기계적 물성을 나타내고, 충분한 기계적 물성을 유지하면서도 3.5 이하의 유전상수 값을 가져 기가헤르츠(GHz) 영역의 고주파수 특성에 적합한 물성을 나타내고, 원판 내의 국부적 유전상수의 차이를 줄여 고주파 영역에서 안정적인 작동이 가능한 인쇄회로기판용 PTFE 복합체 원판의 제조방법이 제공된다.As described above, the impregnation step (10) for impregnating the glass fiber fabric in the PTFE aqueous dispersion containing 10 to 60 parts by weight of PTFE particles, 1 to 5 parts by weight of the surfactant with respect to 100 parts by weight of water, and dried the impregnated glass fiber fabric Drying step 20 and a heat treatment step 40 of increasing the temperature of the dried glass fiber fabric to a temperature of 250 to 300 ° C. to remove the surfactant, and then slowly cooling the prepreg, and a plurality of prepregs. By providing a thermocompression step 50 for hot pressing at a temperature of 300 to 380 ° C., it exhibits excellent mechanical properties such as lower thermal expansion coefficient characteristics than that of a conventional composite substrate for a printed circuit board, and has sufficient mechanical properties. It has a dielectric constant value of 3.5 or less while maintaining the properties, and exhibits properties suitable for high-frequency characteristics in the gigahertz (GHz) region. Provided is a method of manufacturing a PTFE composite disc for a printed circuit board which can be stably operated in a field.
전술한 실시 예에서는, 수분제거단계(30)가 포함되어 있으나 수분제거단계(30)를 제외하더라도 열처리단계(40)에서 수분이 제거될 수 있을 것이므로 전술한 수분제거단계(30)를 포함하지 않는 제조방법으로 인쇄회로기판용 PTFE 복합체 원판을 제조하더라도 본 발명이 목적으로 하는 직접적인 작용효과를 얻을 수 있음은 당연하다.In the above-described embodiment, the water removal step 30 is included, but the water removal step 30 does not include the above-described water removal step 30 because the water may be removed in the heat treatment step 40 even if the water removal step 30 is excluded. It is natural that even if the PTFE composite disc for printed circuit board is manufactured by the manufacturing method, the direct action effect of the present invention can be obtained.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 종래의 인쇄회로기판용 복합체원판보다 낮은 열팽창률 특성을 갖는 등 우수한 기계적 물성을 나타내고, 충분한 기계적 물성을 유지하면서도 3.5 이하의 유전상수 값을 가져 기가헤르츠(GHz) 영역의 고주파수 특성에 적합한 물성을 나타내고, 원판 내의 국부적 유전상수의 차이를 줄여 고주파 영역에서 안정적인 작동이 가능하도록 한 인쇄회로기판용 PTFE 복합체 원판 제조방법이 제공된다.As described above, according to the present invention, the present invention exhibits excellent mechanical properties such as lower thermal expansion coefficient characteristics than the conventional composite disc for printed circuit boards, and has a dielectric constant value of 3.5 or less while maintaining sufficient mechanical properties. There is provided a method for producing a PTFE composite plate for a printed circuit board, which exhibits physical properties suitable for high frequency characteristics of a region and enables stable operation in a high frequency region by reducing a difference in local dielectric constants in a disk.
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