KR20060067612A - 접착강도가 개선된 동박적층판의 제조 장치 및 그 방법 - Google Patents

접착강도가 개선된 동박적층판의 제조 장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 동박적층판의 제조 장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 특히 열가소성 액정 고분자와 동박과의 접촉강도를 충분히 개선할 수 있도록 하는 동박적층판의 제조 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 동박 표면에 열가소성 액정 고분자 용액을 얇게 코팅하는 코팅수단; 코팅된 액정 고분자 용액을 건조하여 용매를 제거하는 용매 제거수단; 및 열가소성 액정 고분자 필름과 상기 동박을 가열롤을 이용하여 적층하면서 열압착하여 동박적층판을 완성하는 열압착 수단을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
동박적층판, 열가소성 액정 고분자

Description

접착강도가 개선된 동박적층판의 제조 장치 및 그 방법{Manufacturing apparatus of copper clad laminates improved peel strength and method thereof}
도 1은 종래기술에 따른 롤을 이용한 동박적층판 제조 방법의 예시도.
도 2a 내지 도 2b는 종래 기술에 따른 프레스를 이용한 동박적층판 제조방법의 예시도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 접착강도가 개선된 동박적층판의 제조장치의 구성도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 접착강도가 개선된 동박적층판의 제조방법의 흐름도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
301 : 동박 공급롤 302 : 열가소성 액정 고분자 필름 공급롤
303 : 동박적층판 보관롤 310 : 동박
312 : 열가소성 액정 고분자 필름 324 : 가열부
320, 322 : 가열롤 326a, 326b, 326c : 이송롤
328 : 코팅부
본 발명은 동박적층판의 제조 장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 특히 열가소성 액정 고분자와 동박과의 접촉강도를 충분히 개선할 수 있도록 하는 동박적층판의 제조 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 인쇄회로기판(Printed Circuit Board)은 페이퍼-페놀(Paper Phenol) 수지 또는 글래스-에폭시(Glass Epoxy) 수지 등과 같은 재질에 동박을 적층시킨 동박적층판을 이용하여, 패턴(Pattern) 인쇄 및 식각(Etching) 등의 기술을 통해 회로를 구현한 제품을 말한다.
최근의 인쇄회로기판은 전자기술의 발달로 고집적도로 부품들을 실장시키기 위하여 경박단소화되고 있으며, 인쇄회로기판은 집적도를 높이는 기본 요소로서 그 중요성이 높아지고 있다.
이러한 최근의 인쇄회로기판의 중요성에 따라 동박적층판 또한 다양하게 제작하여 이용되고 있는데, 특히 반도체 집적회로의 집적도의 놀라운 발전과 소형 칩부품을 직접 탑재하는 표면실장기술의 발전에 따라, 또한 이통통신기기등 전자제품의 경박단소화가 급속히 이루어 지고 있어, 기존의 경성 인쇄회로기판(Rigid PCB)보다는 전자제품내의 공간내에 설치작업이 극히 용이한 연성 인쇄회로기판(A Flexible printed circuit board; 이하 " 연성기판" 이라고 함)의 사용이 증가되고 있다.
또한, 현재에는 회로패턴의 고밀도화를 이루기 위하여 다층 연성기판 (multi - layer flexible PCB) 또는 경성 및 연성기판을 혼합한 경-연성 기판(rigid-flexible multi-layer PCB)의 사용도 급속히 증가하는 추세이다.
한편, 이러한 연성 및 경연성 기판의 기판재료로는 폴리이미드가 사용되고 있는데, 사용되는 폴리이미드는 수분흡수성이 높아 치수안정성에 문제가 있으며 고주파대역(GHz대역)에서 유전율(Dk) 및 손실값(Df)이 떨어지는 단점이 있어 열가소성 액정 고분자(LCP:)가 대체 재료로 각광받고 있다.
열가소성 액정 고분자(LCP:Liquid Crystal Polymer)는 낮은 수분흡수율(<0.1%)에 의한 높은 치수안정성 및 동박(16∼18ppm/℃)과 비슷한 수준의 열팽창계수, 고주파대역(GHz대역)에서 낮은 유전율(Dk) 및 손실값(Df)을 가짐으로써 이러한 장점을 바탕으로 향후 열가소성 액정 고분자는 연성 및 경연성 기판에서 폴리이미드를 대체하는 것은 물론 휴대폰용 HDI, 반도체(BGA, CSP 등) 및 네트워크 기판 등에 절연재료로서 적용이 예상되어지고 있다.
현재 Ticona-Polyplastics, Sumitomo, Dupont 등 세계유수의 화학회사들이 열가소성 액정 고분자 레진을 제조 및 판매하고 있으며 쿠라레이, 신일철화학, 로저스, 고어텍스 등의 업계에서 열가소성 액정 고분자 레진을 이용하여 기판재료로의 적용을 위한 절연필름 및 연성동박적층판(FCCL:Flexible Copper Clad Laminate)을 제조하고 있다.
종래의 연성동박적층판을 제조하는 방법은 동박(12 혹은 18㎛)의 표면에 조 도를 형성하여 2개의 가열롤을 이용, 열가소성 액정 고분자 필름을 열압착하여 제조하는 방법과 종래의 FR4를 이용한 동박적층판의 제조에 사용되고 있는 프레스방법을 이용하여 제조하는 방법 두가지로 크게 구분지을 수 있다.
종래 동박의 표면에 조도를 형성하여 2개의 가열롤을 이용, 열가소성 액정 고분자 필름을 열압착하여 제조하는 방법은, 도 1 에서 도시한 바와 같이, 열가소성 액정 고분자로 형성되고, 릴(124a)(124b)방식으로 구동롤(126a)(126b)로서 이송되는 열가소성 액정 고분자 필름(110)의 일면 또는 양면에 회로패턴을 형성하기 위한 동박(112)이 상,하 압착롤(120)(122)을 통과 하면서 상기 열가소성 액정 고분자 필름(110)과 접합되어 연성동박적층판(FCCL)(100)을 제조하는 것이다.
그리고, 종래 FR4와 같은 동박적층판의 제조에 사용되고 있는 프레스방법을 이용하여 제조하는 방법은 도 2a에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 의 평평한 표면을 각각 가진 단단한 금속 프레스판을 준비하는 단계, 제1 및 제2의 평평한 가열판을 준비하는 단계, 제1 및 제2의 동박을 준비하는 단계와, 열가소성 액정 고분자 필름을 제1 동박과 제2 동박사이에 끼워넣고 제1 및 제2 금속 프레스판을 사용하여 제1 및 제2 동박과 열가소성 액정 고분자 필름을 진공 열압착하여 적층된 연성동박적층판을 형성하는 단계로 이루어진다. 이렇게 적층된 연성동박적층판을 금속 프레스판으로부터 냉각 및 분리하여 연성동박적층판의 최종품을 형성하는 단계를 포함한다.
한편, 종래 방법 중 프레스 방법의 경우 다층의 동박과 열가소성 액정 고분자를 한꺼번에 프레스하여 제조하기 때문에 종래의 FR4를 이용한 동박적층판을 제 조하는 방법과의 유사함 등으로 인하여 쉽게 동박적층판을 제조할 수 있는 장점이 있으나 FR4와 다르게 열가소성 액정 고분자의 물성(온도에 따른 열변형 문제 등)차이로 인한 치수안정성에 있어서 균일한 제품을 생산하기 어렵고 가열롤을 이용하여 열압착하여 제조하는 방법에 비해 생산성에서 떨어지는 단점이 있다.
특히 연성 혹은 경연성 기판의 경우 향후 롤 투(to) 롤 공법으로의 전환이 예상되므로 연성동박적층판을 롤타입으로 제조할 수 있는 방법이 필요하다.
또한, 가열롤을 이용한 방법은 동박과 열가소성 액정 고분자 필름과의 접착강도를 높이기 위하여 동박의 표면에 조도를 형성한 후 열압착을 하여 제조하며 프레스방법에서 발생할 수 있는 치수안정성 문제를 고려하여 열압착전에 예열공정을 도입하여 고온에서의 열압착에 의한 급격한 열팽창 문제를 해결하려고 하였다.
현재 일본의 쿠라레이에서 열가소성 액정 고분자 필름과 동박을 이용하여 제조한 동박적층판에 대한 특허(JP 2000-263577, 2000-343610, 2001-079946, 2001-079947, 2003-103700)를 다수 출원한 상태이다.
그러나 프레스 방법과 가열롤을 이용한 열압착 방법을 통하여 제작된 동박적층판의 경우에 동박과 열가소성 액정 고분자 필름 사이의 접착강도가 기판재료로의 적용가능한 최소수준인 0.8kN/m이상 보다 매우 낮게 나오므로 이의 개선이 필요한 상태이다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 열가소성 액정 고분자와 동박과의 접착강도가 기판재료로의 적용이 가능할 정도로 충분히 개선될 수 있도록 하는 동박적층판의 제조 장치 및 그 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 장치는, 동박 표면에 열가소성 액정 고분자 용액을 얇게 코팅하는 코팅수단; 코팅된 액정 고분자 용액을 건조하여 용매를 제거하는 용매 제거수단; 및 열가소성 액정 고분자 필름과 상기 동박을 가열롤을 이용하여 적층하면서 열압착하여 동박적층판을 완성하는 열압착 수단을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 방법은 조도가 형성되어 있는 동박 표면에 열가소성 액정 고분자 용액을 얇게 코팅하는 제1 단계; 코팅된 액정 고분자 용액을 건조하여 용매를 제거하는 제 2 단계; 및 열가소성 액정 고분자 필름과 상기 동박을 가열롤을 이용하여 적층하면서 열압착하여 동박적층판을 완성하는 제3 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
이제, 도 3 이하의 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 동박적층판의 제조 장치의 구성도로서, 동박 공급롤(301), 열가소성 액정 고분자 필름 공급롤(302), 동박 적층판 보관롤(303), 열가소성 액정 고분자가 코팅된 동박(313)을 가열하기 위한 가열부(324), 동박 공급롤(301)로부터 공급되는 동박(310)이 코팅부(328)을 통과하도록 하기 위한 동박 이송롤(326a, 326b), 가열부(324)를 통과한 열가소성 액정 고분자가 코팅된 동박(313)에 열가소성 액정 고분자 필름을 적층하여 가압가열하기 위한 가열롤(320, 322), 가열롤(320, 322)로부터 배출된 동박적층판(314)을 동박적층판 보관롤(303)에 이송하기 위한 동박적층판 이송롤(326c)을 포함하고 있다.
동박 공급롤(301)에서 동박(310)이 공급되면 동박 이송롤(326a, 326b)은 동박(310)이 코팅부(328)를 통과하도록 한다. 이때, 동박 공급롤(301)에서 공급되는 동박(310)에는 표면에 조도가 형성되어 있어 이후에 코팅되는 열가소성 액정 고분자 용액이 잘 접착되도록 한다.
그러면, 코팅부(328)는 열가소성 액정 고분자 용액을 동박(310)에 얇게 코팅하여 동박적층판이 완성되었을 때 접착강도를 종래 기술보다 크게 향상시킬 수 있다.
이때, 열가소성 액정 고분자 용액에는 필러가 함유될 수 있는데 필러의 함유량은 0∼30%(볼륨기준)까지 첨가할 수 있으며 이를 통하여 열팽창 계수(CTE) 및 휨발생 등을 낮출 수 있다.
여기에서 사용되는 필러의 예로는 실리카(Silica), 알루미나(Alumina), 산화티탄(Titan), 탄산칼슘 등의 무기계와 카본(Crbon), 그래파이트(Graphite) 등의 유기계가 있다. 또한, 코팅부(328)이 조도가 형성되어 있는 동박에 코팅을 하는 방법에는 롤러 코팅(Roller coat)법, 딥코팅(Dip coat)법, 스프레이 코팅(Spray coat)법, 스피너 코팅(Spinner coat)법, 커튼코팅(Curtain coat)법, 슬롯코팅(Sloat coat)법, 스크린 인쇄법 등이 있다.
열가소성 액정 고분자 용액을 코팅한 후, 사용된 용매는 가열부(324)에서 50∼100℃에서 30분∼2시간 동안 예비건조 시킨 후에 250∼300℃에서 1시간∼4시간 동안 완전 건조하여 제거한다.
그리고, 압축롤(320, 322)는 코팅부(328)를 통과하여 열가소성 액정 고분자 용액이 코팅되고 건조된 동박(313)에 열가소성 액정 고분자 필름 공급롤(302)로부터 공급되는 액정 고분자 필름을 적층한 후에 열압착 즉 가열가압하여 동박 적층판(314)를 완성한다.
여기에서 동박(313)에 열가소성 액정 고분자 필름(312)을 가열롤(320, 322)을 이용 열압착할 때 액정 고분자 필름의 열변형 온도 이상의 온도에서 압착하며, 이처럼 1차 코팅후에 2차로 열압착을 통하여 동박적층판을 제조하는 이유는 1차코팅으로 동박적층판을 제조시 필름표면의 평탄성 및 두께의 균일성 문제 그리고 용매제거를 위한 건조시 열사소성 액정 고분자의 수축에 따른 휨(Curl)발생 등의 문제가 발생하기 때문이다.
그리고, 가열롤(320, 322)을 통하여 열압착되는 열가소성 액정 고분자 코팅막과 열가소성 액정 고분자 필름은 같은 종류이기 때문에 열변형 온도전에서 1∼5m/분의 속도 및 1∼10MPa의 압력으로 열압착을 통하여 충분한 접착 강도를 구현할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 접착강도가 개선된 동박적층판의 제조방법의 흐름도이다.
도면을 참조하면, 먼저 동박 공급롤에서 일예로 12um의 동박이 공급되면 동박 이송롤은 동박이 코팅부를 통과하도록 하며, 코팅부는 열가소성 액정 고분자 용액을 동박에 얇게 코팅한다.(단계 S110).
이때, 열가소성 액정 고분자 용액에는 필러가 함유될 수 있는데 필러의 함유량은 0∼30%(볼륨기준)까지 첨가할 수 있으며 이를 통하여 열팽창 계수(CTE) 등을 낮출 수 있다.
이후에, 가열부는 열가소성 액정 고분자 용액을 코팅한 후에 사용된 용매를 일예로 80℃에서 1시간동안 예비건조시킨 후에 250℃에서 2시간 동안 완전건조하여 용매를 제거한다(단계 S112).
다음에, 코팅부를 통과하여 열가소성 액정 고분자 용액이 코팅되고 건조된 동박에 열가소성 액정 고분자 필름 공급롤로부터 공급되는 일예로 두께가 25um인 열가소성 액정 고분자 필름(일예로 열변형온도가 260℃, 융점:283℃)을 일예로 온도 270℃, 1m/분 속도 및 압력 3MPa으로 가열롤을 이용 열압착하여 일예로 두께가 45um인 균일한 두께를 가진 동박 적층판을 완성한다(단계 S114, S116).
이처럼 본 발명의 일실시예에 따라 얻어진 동박적층판의 접착 강도를 IPC-TM-650 2.4.8에 준하여 측정한 결과가 (표1)에 나타나 있으며, 비교예 1은 표면에 조도(Rz : 2um)가 형성되어 있는 12um두께의 동박을 사용하여 열가소성 액정 고분자 필름(융점: 309℃)과 열압착하여 제조한 A사 동박적층판을 IPC-TM-650 2.4.8에 준하여 접착강도를 측정한 것이며, 비교예 2는 표면에 조도(Rz : 2um)가 형성되어 있는 18um두께의 동박을 사용하여 열가소성 액정 고분자 필름(열변형 온도 : 275℃, 융 점: 295℃)과 열압착하여 제조한 B사 동박적층판을 IPC-TM-650 2.4.8에 준하여 접착강도를 측정한 것이다.
실시예 비교예1 비교예2
접착강도(Peel Strengh, kN/m) 0.8 0.33 0.3
측정방법 IPC 2.4.8 IPC2.4.8 IPC 2.4.8
표 1에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 경우에 접착강도는 0.8kN/m임을 알 수 있으며, 비교예 1은 0.33kN/m임을 알 수 있고, 비교예 2는 0.3kN/m임을 알 수 있어 본 발명의 일실시예에 따른 경우에 접착강도가 많이 향상되었음을 알 수 있다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 종래 열가소성 액정 고분자와 동박과의 열압착에 의해 제조되는 동박적층판이 가지고 있는 낮은 접착 강도를 조도가 형성되어 있는 동박과 열가소성 액정 고분자 용액을 이용하여 향상시키고 코팅에 의해 발생할 수 있는 두께 불균일 문제 및 휨발생 등을 필름과의 가열롤을 이용 열압착한 2차 적층을 통하여 해결하여 최종적으로 높은 접착강도를 가지면서 표면이 평탄하고 두께가 균일하면서 휨문제가 없는 동박적층판을 제조할 수 있도록 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 향상된 접착강도를 바탕으로 연성 및 경연성 기판에 적용 가능하며 다층기판 제조시 열가소성 액정 고분자 표면의 조도를 이용하여 적층을 용이하게 할 수 있는 것으로 기대된다.

Claims (11)

  1. 동박 표면에 열가소성 액정 고분자 용액을 얇게 코팅하는 코팅수단;
    코팅된 액정 고분자 용액을 건조하여 용매를 제거하는 용매 제거수단; 및
    열가소성 액정 고분자 필름과 상기 동박을 가열롤을 이용하여 적층하면서 열압착하여 동박적층판을 완성하는 열압착 수단을 포함하여 이루어진 동박적층판의 제조 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 코팅 수단은,
    조도가 형성된 동박에 열가소성 액정 고분자 용액을 캐스팅하여 코팅하는 코팅부; 및
    동박 공급롤로부터 공급되는 동박을 코팅부로 이송하기 위한 동박 이송롤을 포함하여 이루어진 동박적층판의 제조 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 용매 제거 수단은 제1 온도에서 제1 소정시간동안 예비 건조한 후에 제2 온도에서 제2 소정시간동안 완전건조하여 용매를 제거하는 것을 특징으로 하는 동박적층판의 제조 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제1 온도는 50∼1000℃이고 제1 소정시간은 30분∼2시간이며, 상기 제2 온도는 250∼300℃이고 제2 소정시간은 1∼4시간인 것을 특징으로 하는 동박적층판의 제조 장치.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 열압착 수단은 열변형 온도 이상에서 1∼5m/분의 속도 및 1∼10MPa의 압력으로 열압착을 통하여 동박적층판을 완성하는 것을 특징으로 하는 동박적층판의 제조 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 코팅 수단이 사용하는 열가소성 액정 고분자 용액은 열팽창 계수(CTE)를 감소시키는 필러를 더 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 동박적층판의 제조 장치.
  7. 조도가 형성되어 있는 동박 표면에 열가소성 액정 고분자 용액을 얇게 코팅하는 제1 단계;
    코팅된 액정 고분자 용액을 건조하여 용매를 제거하는 제 2 단계; 및
    열가소성 액정 고분자 필름과 상기 동박을 가열롤을 이용하여 적층하면서 열압착하여 동박적층판을 완성하는 제3 단계를 포함하여 이루어진 동박적층판의 제조 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 단계는,
    동박 공급롤로부터 공급되는 동박을 코팅부로 이송하는 제 1-1 단계; 및
    조도가 형성된 동박에 열가소성 액정 고분자 용액을 캐스팅하여 코팅하는 제 1-2 단계를 포함하여 이루어진 동박적층판의 제조 방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 2 단계는
    용매 제거 수단이 제1 온도에서 제1 소정시간동안 예비 건조하는 제 2-1 단계; 및
    상기 용매 제거 수단이 제2 온도에서 제2 소정시간동안 완전 건조하여 용매를 제거하는 제 2-2 단계를 포함하여 이루어진 동박적층판의 제조 방법.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 3 단계의 열압착 과정은 열변형 온도 이상에서 1∼5m/분의 속도 및 1∼10MPa의 압력으로 열압착하는 것을 특징으로 하는 동박적층판의 제조 방법.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 열가소성 액정 고분자 용액은 열팽창 계수(CTE)를 감소시키는 필러를 더 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 동박적층판의 제조 방법.
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