KR20060122591A - 금속층과의 접착력 향상을 위한 연성필름 및 이를 이용한연성금속 적층판 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연성회로 기판에 사용되는 연성 필름에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 연성 필름은 플라즈마 방전처리에 의해 표면처리 되고, 그 표면특성은 평균 조도가 50 내지 150Å이고, 연성 필름에 금속층이 적층되었을 때 금속층과의 박리강도가 0.6kg/㎝이상인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따라, 거침처리된 연성 필름은, 표면이 미세한 요철로 구성되어 표면 조도를 증가시키고, 연성 필름에 적층된 금송층과의 기계적 접착력을 증가시킨다.

연성금속 적층판, 연성 필름, 폴리이미드 필름, 조도, 박리강도

Description

금속층과의 접착력 향상을 위한 연성필름 및 이를 이용한 연성금속 적층판{Flexible film for advancing adhesion strength between flexible film and metal layer and flexible metal-laminated film using the same}

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 연성 필름의 단면을 나타내는 단면도.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 연성 필름과 금속층의 구성을 나타내는 단면 개략도.

<도면의 주요 참조 부호에 대한 설명>

10..연성 필름 20..금속층

11..요철

본 발명은 연성금속 적층판과 이에 사용되는 연성 필름에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연성회로 기판에 사용되는 연성금속 적층판에 있어서, 필름층과 그 상부에 적층되는 금속층간의 접착력을 향상시키기 위해 거침 처리된 연성 필름에 관한 것이다.

최근에 전자산업 분야에서는 전자기기의 초소형화, 고집적화, 간략화, 고성능화에 따라 얇고 자유로운 굴곡성과 함께 가벼운 특성을 갖는 연성회로기판이 각광받고 있다. 또한 자동화 기기, 캠코더 등 회로기판이 움직여야 하는 경우와 부품의 삽입구성시 회로기판의 굴곡을 요하는 경우에 유연성 있게 대응할 수 있도록 만든 연성기판이 사용된다.

연성금속 적층판에 사용되는 연성 필름의 재료로는, 특유의 굴곡성을 부여하기 위하여 폴리이미드, 폴리에스테르, 폴리술폰, 폴리에테르이미드 등의 유기고분자 물질이 사용되고 있다. 또한, 연성 필름은 절연성뿐만 아니라 공정 중에 사용되는 고온조건이나 화학약품에 대한 내구성도 우수해야 하며, 치수안정성, 내열성, 유전율, 높은 기계적 강도, 내용제성, 납땜안정성 등의 물성을 갖추어야 한다.

연성금속 적층판은 상기한 연성 필름상에 구리나 알루미늄 등으로 된 도전성 금속박막이 적층된 형태로 제조되는데, 이때, 연성 필름과 도전성 금속박막 사이에 접착제가 사용되거나, 또는 접착제 없이 연성 필름-금속박막으로 이루어진 2층구조 로 이루어진다.

여기서, 연성필름과 금속박막층 간의 접착력을 증가시키기 위해 종래에는 다음과 같은 방법들이 사용되어 왔다.

1. 조면화 처리(Roughening process)

조면화 처리란 금속박막의 표면에 전해도금을 이용하여 노듈(nodule)을 형성하여 금속박막과 폴리머 수지와의 기계적 접착력을 증가하기 위한 공정이다. 이러한 노듈은 금속박막의 표면에 요철을 형성하여 표면 조도를 증가시켜주며, 결과적으로 금속박막과 폴리머 수지의 분리를 억제시켜주는 역할을 한다.

2. 이종금속 도금

조면화 처리가 완료된 금속박막의 표면에 이종금속을 입히는 방법은 금속이 폴리머 수지와 직접 닿아서 발생하게 되는 접합부의 퇴화 현상을 억제하기 위함이다. 이를 억제하기 위하여 종래에 사용하여 왔던 이종금속들로서는 아연, 크롬, 황동, 니켈, 코발트, 몰리브덴, 텅스텐, 주석, 철 등이 있으며 합금계로서 이들 중 2개 이상의 금속들을 동시에 입힐 수 있다. 이러한 이종 금속 및 합금을 금속박막 위에 입히는 방법으로서는 주로 전해도금법이 사용되어 왔다.

3. 극성폴리머 도포

금속박막과 접합될 수지와의 접착력을 증가시킬 목적으로 금속박막 위에 극성 폴리머를 도포한다. 극성폴리머는 통상 수용성 매질에 녹여 도포한 후 고온에서 가교시켜 사용한다. 이러한 극성폴리머 도포는 조면화 처리를 통해서 향상된 기계적 접합특성 외에 화학적인 접착력을 부가할 수 있다.

그러나, 이 세가지 공정에 의해서는 접착력을 증가시키는데 한계가 있고, 특히 극성폴리머 도포는 고온에서 금속박막과 폴리머 수지를 접착시키는 공정에서 블리스터나 버블 등의 결함을 가져올 수 있다. 또한, 이종금속 도금이나 극성 폴리머 도포는 공정의 증가와 생산 코스트의 증가라는 단점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 과제들을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 플라즈마 방전 처리를 통해 미세한 요철을 연성 필름 표면에 형성하고, 형성된 요철의 크기 및 높이를 파악함으로써, 연성 필름층과 적층된 금속층간의 접착력을 향상시킬 수 있는 연성 필름을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 연성 필름은, 플라즈마 방전처리를 통해 금속층이 부착된 연성 필름의 표면을 거침처리함으로써, 금속층과의 접착력을 증가시킨다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 연성 필름은, 그 상부에 플라즈마 방전 처리에 의해 형성된 요철을 포함하며, 이때, 연성 필름의 표면 조도 범위는 50 내지 150 Å인 것이 바람직하다.

또한, 연성 필름의 박리강도가 0.6kg/㎝ 이상인 것이 바람직하다.

연성금속 적층판의 경우, 주로 연성회로 기판 또는 COF(Chip On Film)의 재료로 사용되는데, 이러한 기판상의 금속박막은 패터닝되고 패터닝된 금속박막 상에는 여러가지 부품이나 실리콘 반도체등이 실장된다. 이때, 박리강도가 0.6kg/㎝ 이상이 되지 않으면, 연성 필름과 적층된 금속박막의 박리현상으로 분리되어 실장된 부품에 불량품이 발생한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하 기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 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 도시된 도면에 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.

연성금속 적층판에 미세 패턴을 형성함에 있어서, 요구되는 특성은, 예를 들면, 이상 석출이 없을것, 국부적인 라인의 박리가 없을것, 에칭성이 우수해야 할 것 등이 있다. 연성 필름의 표면이 평평하면 미세 패턴 제조시, 금속층과의 밀착성이 떨어져 박리가 일어나는 문제점이 있다. 따라서, 연성 필름 표면에 요철을 형성하여 금속층과의 박리강도를 증가시키는 것이 바람직하다. 또한, 연성 필름 상에 잔사가 남아있을 경우, 회로 구성시 합선의 위험이 있을 뿐 아니라, 에칭함에 있어서 굴곡이 생겨 패턴의 파형이 심해지고, 인접한 패턴과의 단락으로 이어질 수 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 플라즈마 방전처리에 의해 거침처리된 연성 필름의 단면도이다.

도 1을 참조하면, 연성금속 적층판에 사용되는 연성 필름(10)의 상부에는 거침처리에 의해 요철(11)이 형성된다. 상기한 요철(11)들은 표면 조도를 증가시켜 금속층과의 기계적 접착력을 증가시킨다.

연성 필름(10)은, 연성금속 적층판에 적합하도록 굴곡성을 갖는 것이 바람직하고, 예컨대, 폴리이미드, 폴리에스테르, 폴리술폰, 폴리에테르이미디 등의 유기 고분자 물질 중 하나가 사용된다. 특히, 폴리이미드 필름은 높은 내열성과 굴곡성 및 우수한 기계적 강도를 가지며, 금속과 비슷한 열팽창계수를 가지므로 연성 필름(10)의 재료로 많이 사용된다.

상기한 연성 필름(10)은 그 상부에 금속층이 적층되었을 때, 금속층과의 접착력을 향상시키기 위하여 거침처리 되고, 이때 연성 필름(10)의 상부에는 요철(11)이 형성된다. 요철(11)은 필름(10)의 표면 조도를 증가시켜 적층된 금속층과의 접착력을 강화시킨다. 본 발명에서 연성 필름(10)의 평균 표면 조도는 그 범위가 50 내지 150Å인 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에서는, 플라즈마 방전처리를 함으로써, 연성 필름(10) 상부에 요철(11)을 형성한다. 플라즈마 방식을 이용할 경우, 표면 처리 공정시 사용되는 가스의 종류, 에너지의 밀도 등에 의해 연성 필름 표면의 조도를 제어할 수 있다. 여기서 사용되는 가스의 종류는 주로 불활성 가스로, 예컨대, 질소, 아르곤, 헬륨 등이 있다.

플라즈마(plasma)란, 이온과 전자로 된 완전히 또는 일부 이온화한 가스로서, 가스에 충분한 크기의 전계를 작용시키면 가스가 분해하여 이온과 전자로 이온화할 때 형성된다. 음극에서 방출되는 자유 전자는 운동에너지를 갖고 이동하다가 가스 분자 또는 가스 원자와 충돌하고, 이때 발생된 에너지는 가스 분자나 원자를 이온화 시킨다. 이러한 플라즈마는 진공 상태의 챔버안에서 형성되는 것이 바람직하다. 플라즈마 방식은 다른 방식에 비해 연성필름의 표면구조를 균일하게 개질시킬수 있고, 연성필름과 금속층과의 화학적, 물리적 접착력을 향상시킬 수 있다는 장점을 가지고 있다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 표면 처리된 연성 필름과 그 상부에 적층된 금속층의 구성을 나타내는 단면도이다.

도 2를 참조하면, 상술한 바와 같이, 연성금속 적층판에 적합한 재료로 제조된 연성 필름(10)은 플라즈마 방전 처리에 의해 거침처리 되고 그 상부에 금속층(20)이 적층된다.

금속층(20)은, 표면처리된 연성 필름(10)의 상부에 스퍼터링, 진공증착법, 이온플레이팅 등의 진공성막법에 의해 형성된 금속 시드층과, 금속 시드층 상부에 무전해 도금, 전해도금과 같은 습식도금에 의해 형성된 금속 전도층으로 구성된다. 또한, 금속 시드층은 구리, 니켈, 크롬, 알루미늄 또는 이들의 합금 중 어느 한가지로 이루어지며, 금속 전도층은 구리 또는 구리 합금으로 이루어진다.

한편, 본 발명에서 연성 필름(10)의 거침 처리를 위해 플라즈마 방전 처리를 채택하였으나, 그 방법이 이에 한정되는 것은 아니며, 예컨대, 글로우 방전이나 이온 빔 발생장치에서 발생한 이온을 이용하여 표면을 활성화 하거나 요철을 형성시킬 수도 있다.

다음으로, 플라즈마 방전처리에 의해 표면 처리된 연성 필름의 평균 조도 및 연성 필름과 적층된 금속층과의 박리강도를 알아보기 위한 실험예를 설명한다.

1. 연성 필름 표면의 조도 측정

플라즈마 방전 처리를 이용하여 거침 처리된 폴리이미드 필름 상부에 구리를 사용하여 금속층을 형성하고, 이렇게 준비된 연성동박 적층판을 FeCl3 45%, 45℃의 에칭 용액에 1분 30초동안 침지시켜, 금속층을 모두 제거한다. 그리고 나서, 초음파 세척기를 사용하여 상온의 증류수에 3~5회 세척하여 연성 필름에 남아있는 잔유물을 완전히 제거한다. 이때, 에칭된 면이 아래쪽을 향하도록 장착한다. 세척된 연성 필름은 압축 질소를 불어주어 수분을 제거한다.

상기한 방법에 의해 준비된 연성 필름의 표면을 원자간력 현미경(AFM)을 이용하여 표면 조도(도 1의 a참조)를 측정한다.

2. 연성 필름 적층판의 박리강도 및 잔사 여부 측정

플라즈마 방전 처리를 이용하여 표면처리된 연성 필름 상부에 구리로 이루어진 금속층을 형성하여 연성동박 적층판을 준비하고, 내산 테이프 또는 포토레지스트를 이용하여 마스크 패턴을 형성한다. 다음으로, FeCl3 45%, 45℃의 에칭 용액에 연성동박 적층판을 1분 30초동안 침지시켜 마스크 패턴이 형성된 부분을 제외한 나머지 부분의 금속층을 제거한다. 그리고 나서, 초음파 세척기를 사용하여 상온의 증류수에 3~5회 세척한다. 이때, 에칭된 면이 아래쪽을 향하도록 장착한다. 세척된 연성 필름은 압축 질소를 불어주어 수분을 제거한다.

상기한 방법에 의해 준비된, 패턴이 형성된 연성금속 적층판을 박리강도 측정기를 이용하여 박리강도를 측정한다.

또한, 준비된 연성금속 적층판을 주석 도금한 후, 광학 현미경을 이용하여 연성 필름 부위에 잔류하는 금속 입자의 잔사여부를 확인한다.

표 1은 상술한 방법에 따라 측정된 연성 필름 표면의 조도, 박리 강도 및 잔사 여부의 결과를 나타내었다.

샘플	필름 표면의 평균조도	박리강도	잔사여부
실험예 1	20 Å	0.42 kg/㎝	x
실험예 2	40 Å	0.50 kg/㎝	x
실험예 3	50 Å	0.60 kg/㎝	x
실험예 4	70 Å	0.61 kg/㎝	x
실험예 5	100 Å	0.63 kg/㎝	x
실험예 6	120 Å	0.60 kg/㎝	x
실험예 7	150 Å	0.64 kg/㎝	x
실험예 8	160 Å	0.65 kg/㎝	o
실험예 9	200 Å	0.63 kg/㎝	o

표 1을 참조하면, 실험예 1과 실험예 2의 경우와 같이, 연성 필름 표면의 평균 조도가 50Å 이하일 때, 박리강도가 0.60 kg/㎝이하로서 원하는 값을 갖지 못한다. 따라서, 박리강도가 0.60 kg/㎝ 이상이 되려면 연성 필름 표면의 평균조도는 50Å이상이 되어야 한다.

또한, 실험예 8과 실험예 9의 경우는, 박리강도가 0.60 kg/㎝ 이상의 조건은 만족시키지만, 잔사가 남아 있다. 연성 필름상에 금속 입자가 잔류하면, 즉 잔사가 남아있으면 회로 구성시 합선의 위험이 존재하게 되고, 이러한 잔사를 제거하기 위하여 에칭을 과다하게 하면 연성 필름(10)과 금속층(20) 사이에 도 2의 b와 같은 언더컷이 발생하게 된다. 이러한 언더컷은 회로의 박리강도 약화를 초래하여 칩 실장시 안정성에 많은 문제를 야기하게 된다. 따라서, 박리강도가 일정 이상이면서 잔사가 없으려면 연성 필름 표면의 평균 조도가 150Å이하가 되어야 한다.

상기한 실험예에서 증명된 결과를 종합하면, 접착력을 향상시키기 위해 플라즈마 방전 처리를 하여 거침처리된 연성 필름에 있어서, 박리강도가 0.60 kg/㎝이상이고, 연성 필름상에 잔사가 남지 않기 위한 연성 필름의 표면 특성은, 조도가 50 내지 150Å이어야 한다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 이해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

본 발명에 의하면, 플라즈마 방전처리로 연성 필름 표면을 거침 처리함으로써, 이때 형성된 미세한 요철이 표면 조도를 증가시키고 적층된 금송층과의 기계적 접착력을 강화시킬 수 있다.

또한, 표면 특성이 조도가 50 내지 150Å이고, 금속층과의 박리강도가 0.6kg/㎝인 연성 필름을 이용하여 미세 패턴 형성시 최적의 에칭성을 제공함으로써 연성금속 적층회로의 제품 생산시 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

Claims (4)

1. 표면에 금속층이 적층된 연성회로기판에 사용되는 연성 필름에 있어서,

   상기 연성 필름의 상기 금속층이 적층되는 표면의 평균 조도가 50 내지 150Å이고, 상기 금속층이 적층되었을 때 금속층과의 박리강도가 0.6kg/㎝이상이 되도록 상기 표면이 거침처리된 것을 특징으로 하는 연성 필름.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 거침처리는 플라즈마 방전 처리에 의해 수행된 것을 특징으로 하는 연성 필름.
3. 연성회로기판에 사용되는 연성금속 적층판에 있어서,

   표면의 평균 조도가 50 내지 150Å가 되도록 거침 처리된 연성 필름;

   상기 연성 필름의 상기 표면상에 진공 성막법에 의해 형성된 금속 시드층과, 이 금속 시드층 상부에 습식도금에 의해 형성된 금속 전도층으로 이루어진 금속층;을 포함하고,

   상기 연성 필름과 상기 금속층 간의 박리강도가 0.6kg/㎝이상인 연성금속 적층판.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 금속 시드층은 구리, 니켈, 크롬 또는 이들의 합금 중 어느 한 가지로 이루어지고, 금속 전도층은 구리 또는 구리 합금으로 이루어진 것을 특징으로 하는 연성금속 적층판.

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