KR20100096496A - 향상된 유연성과 강성을 갖는 폴리이미드 필름과 연성 동박적층판 - Google Patents

Abstract

본 발명에 관한 연성 동박적층판은 얇은 두께로 제조되므로 초박형 제품에 사용되는 칩온필름 방식의 연성회로기판에서 요구되는 향상된 유연성과 아울러, 연성회로기판의 제조 공정에 적합한 강성을 나타낼 수 있다. 연성 동박적층판은, 두께는 20 내지 30 ㎛이고, 인장 강도는 400 MPa 이상이며, 탄성 계수는 5 GPa 이상이고, 폭이 48mm 일 때에 3 mm 이하의 반경으로 만곡시키기 위해 소요되는 굽힘 하중이 10g 이하인, 폴리이미드 필름과, 폴리이미드 필름 위에 형성되며, 두께가 8 내지 12 ㎛ 인 구리층을 구비한다.

Description

향상된 유연성과 강성을 갖는 폴리이미드 필름과 연성 동박적층판{Polyimide film and flexible copper clad laminated with improved flexibility and rigidity}

본 발명은 폴리이미드 필름 및 이를 구비한 연성 동박적층판에 관한 것으로, 보다 상세하게는 얇은 두께로 제조되므로 초박형 제품에 사용되는 칩온필름 방식의 연성회로기판에서 요구되는 향상된 유연성과 아울러, 연성회로기판의 제조 공정에 적합한 강성을 나타내는 폴리이미드 필름과 연성 동박적층판에 관한 것이다.

일반적으로 액정표시장치(LCD; liquid crystal display)와 같은 디스플레이 패널에 구동부 및 전원부 등을 전기적으로 연결하기 위해 탭(TAB; tape automated bonding) 실장 방식이 사용된다. 탭 실장 방법은 게이트 또는 데이터 드라이브 IC가 장착된 테이프 캐리어 패키지(TCP; tape carrier package)를 사용하여 인쇄 회로 기판과 액정표시패널을 연결하는 방법이다.

그런데 최근 디스플레이 패널의 분야에서는 시장의 다양한 요구로 인해 디스플레이 패널의 두께가 더욱 얇게 제작되고 있어서, 유연성이 부족한 TCP 대신 유연성이 좋아 자유롭게 구부러지는 연성회로기판(FPCB; flexible printed circuit board)이 사용된다. 이러한 FPCB에 게이트 또는 데이터 드라이브 IC를 실장할 때에는 칩온필름(COF; chip on film) 방식이 이용된다.

디스플레이 패널과 구동부 등을 연결하기 위해 사용되는 칩온필름 방식의 종래의 FPCB는 38 ㎛ 정도의 두께를 갖는 폴리이미드(PI; polyimide) 필름과, 폴리이미드 필름 위에 형성되는 구리(Cu) 층과, 보호층으로 이루어진다. 이러한 구성의 FPCB는 유연성을 가지므로 일단은 디스플레이 패널의 단자부에 접속되고 구부러져, 타단은 디스플레이 패널의 후방에 배치된 구동부에 접속된다.

디스플레이 패널이 두껍게 제조될 때에는 디스플레이 패널과 구동부의 연결을 위해 FPCB가 만곡되는 반경이 크게 형성되었으나, 최근의 얇은 디스플레이 패널에 대응하기 위해서는 FPCB가 만곡되는 반경도 매우 작아야 한다. 상술한 것과 같이 칩온필름 방식으로 실장된 데이터 드라이브 IC를 갖는 유연성이 좋은 연성회로기판을 이용하는 경우에도, 휴대용 전자기기나 노트북과 같이 전체 두께가 매우 얇아 FPCB가 아주 작은 반경으로 구부러져야하는 초박형 제품에서는 FPCB와 디스플레이 패널의 접합부의 사이에서 FPCB의 도선부에 깨짐(크랙; crack)이나 단선이 발생하여 접속이 불량하게 되므로, 디스플레이 패널의 라인 결함이나 화면 이상과 같은 오동작의 문제점이 있었다.

FPCB의 유연성이 부족하여 발생하는 문제점을 해결하기 위해 FPCB의 두께를 더 얇게 제조하는 것을 고려할 수 있지만, 38 ㎛ 이하의 두께를 갖는 폴리이미드 필름은 FPCB의 제조 공정에 적합하지 않다. FPCB를 제조하는 공정은 폴리이미드 필름 위에 포토 솔더 레지스트(PSR; photo solder resist)를 도포하여 에칭 공정으 로 회로 패턴을 형성한 후, 그 위에 Sn 도금과 솔더 레지스트(solder resist)를 도포하고, 이너리드 본딩(inner lead bonding) 공정, 수지로 봉지하는 포트(pot) 공정과 같은 단계들로 이루어진다.

이러한 FPCB 제조 공정은 폴리이미드 필름이 롤에 감기어 이송되면서 이루어지기 때문에, 폴리이미드 필름은 이송 중에 가해지는 외력에 의해 변형되거나 절단되지 않도록 충분한 강도를 가져야 한다. 그러나 유연성을 향상시키기 위해 38 ㎛ 이하의 두께를 갖는 폴리이미드 필름을 이용하여 FPCB를 제조하는 경우에는 제조 중에 폴리이미드 필름이 손상되거나 변형되는 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은 칩온필름 실장 방식의 유연성 회로기판에 적용 가능한 폴리이미드 필름 및 연성 동박적층판을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 유연성이 향상된 폴리이미드 필름 및 연성 동박적층판을 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 얇은 두께로 제조되어도 FPCB 제조 공정에서 요구되는 충분한 강성을 갖는 폴리이미드 필름 및 연성 동박적층판을 제공하는 데 있다.

본 발명은 얇은 두께로 제조될 수 있어서 유연성이 향상됨과 동시에 회로기판의 제조에 적합한 강성을 갖는 폴리이미드 필름 및 연성 동박적층판을 제공한다.

본 발명에 관한 폴리이미드 필름은, 두께는 20 내지 30 ㎛이고, 인장 강도는 400 MPa 이상이며, 탄성 계수는 5 GPa 이상이고, 폭이 48mm 일 때에 3 mm 이하의 반경으로 만곡시키기 위해 소요되는 굽힘 하중이 10g 이하이다.

본 발명에 있어서, 폴리이미드 필름의 탄성한계영역은 150 MPa 이상일 수 있고, 열팽창 계수는 10 ppm/℃ 이하일 수 있다.

본 발명에 관한 연성 동박적층판은, 두께는 20 내지 30 ㎛이고, 인장 강도는 400 MPa 이상이며, 탄성 계수는 5 GPa 이상이고, 폭이 48mm 일 때에 3 mm 이하 의 반경으로 만곡시키기 위해 소요되는 굽힘 하중이 10g 이하인, 폴리이미드 필름과, 폴리이미드 필름 위에 형성되며, 두께가 8 내지 12 ㎛ 인 구리층을 구비한다.

본 발명의 다른 측면에 관한 폴리이미드 필름은, 두께는 30 내지 40 ㎛이고, 인장 강도는 400 MPa 이상이며, 탄성 계수는 3.5 GPa 이상이고, 폭이 48mm 일 때에 3 mm 이하의 반경으로 만곡시키기 위해 소요되는 굽힘 하중이 10g 이하이다.

본 발명의 다른 측면에 있어서, 폴리이미드 필름의 탄성한계영역은 100 MPa 이상일 수 있고, 열팽창 계수는 10 ppm/℃ 이하일 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 관한 연성 동박적층판은, 두께는 30 내지 40 ㎛이고, 인장 강도는 400 MPa 이상이며, 탄성 계수는 3.5 GPa 이상이고, 폭이 48mm 일 때에 3 mm 이하의 반경으로 만곡시키기 위해 소요되는 굽힘 하중이 10g 이하인, 폴리이미드 필름과,

폴리이미드 필름 위에 형성되며, 두께가 8 내지 12 ㎛ 인 구리층을 구비한다.

상술한 바와 같은 본 발명의 폴리이미드 필름 및 연성 동박적층판은, 매우 얇은 두께로 제조될 수 있으므로 크게 향상된 유연성을 가지면서도 연성회로기판의 제조 공정에서 요구되는 수준의 강성을 나타내므로, 휴대용 전자기기나 노트북과 같은 초박형 제품에서 디스플레이 패널과 구동부를 전기적으로 연결하기 위한 칩온필름 실장 방식의 연성회로기판의 제조에 이용할 수 있다.

이하, 첨부 도면의 실시예들을 통하여, 본 발명에 관한 폴리이미드 필름 및 연성 동박적층판의 구성과 작용을 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 관한 폴리이미드 필름과, 연성 동박적층판의 사시도이다.

도 1에 나타난 실시예에 관한 연성 동박적층판은, 20 내지 30 ㎛의 두께(Hp)를 갖는 폴리이미드 필름(10; polyimide film)과, 폴리이미드 필름(10) 위에 형성되며 8 내지 12 ㎛의 두께(Hc)를 갖는 구리층(20)을 구비한다.

폴리이미드 필름은 넓은 온도 범위에서 특성 변화가 적으므로 다양한 분야에서 사용되고 있다. 특벌히 전자 제품의 연성회로기판이나, 반도체 실장용 필름 캐리어(film carrier)의 베이스 필름 등으로 사용되기도 한다.

도 1에 나타난 폴리이미드 필름(10)은, 디스플레이 패널과 구동부를 연결하기 위해 사용되는 칩온필름(COF; chip on film) 실장 방식의 연성회로기판(FPCB; flexible printed circuit board)의 제조에 사용될 수 있도록 유연성을 갖는다.

특별히 도 1에 나타난 실시예에 관한 폴리이미드 필름(10)은 휴대용 전자기기나 노트북과 같이 전체 두께가 매우 얇아 FPCB가 아주 작은 반경으로 구부러져야하는 초박형 제품에 사용할 수 있도록 유연성이 향상되었다. 종래의 폴리이미드 필름은 38 ㎛ 정도의 두께를 가지므로 초박형 제품에 사용하기에는 유연성이 부족한 문제점이 있었으나, 도 1에 나타난 실시예에 관한 폴리이미드 필름(10)은 향상된 유연성을 갖도록 20 내지 30 ㎛의 두께(Hp)를 갖는다. 이와 같이 폴리이미드 필름(10)은 얇은 두께를 가지면서도 FPCB의 제조 공정에서 릴(reel)을 사용하여 폴리이미드 필름 을 이송을 하고 디스플레이 패널과의 조립을 실시할 때 요구되는 기계적 특성을 갖는다. 이러한 기계적 특성에 대해서는 이하에서 상세히 설명한다.

표 1은 도 1의 폴리이미드 필름이 갖는 물리적 특성들을 나타낸다. 표 1의 변형 방향에서 MD는 필름의 길이 방향을 나타내고, TD는 필름의 폭 방향을 나타낸다.

표 1의 A 유형 및 B 유형의 필름은 본 발명의 일 실시예에 관한 폴리이미드 필름의 실험예이다. 표 1의 C 유형의 필름은 칩온필름 실장을 위해 사용되는 종래의 폴리이미드 필름으로서, 도레이듀폰(TDC)사의 캡톤-150EN(Kapton-150EN) 폴리이미드 필름이다.

도 2는 도 1의 폴리이미드 필름과 종래의 폴리이미드 필름의 특성을 비교하여 인장강도와 변형량의 관계를 나타낸 그래프(S-S curve)이고, 도 3은 도 1의 폴리이미드 필름과 종래의 폴리이미드 필름의 특성을 비교하여 하중과 변형률의 관계를 나타낸 그래프이다. 도 2 및 도 3에서 신규 PI 38 ㎛의 그래프는 도 1의 A 유형의 폴리이미드 필름의 특성을 나타내고, 신규 PI 25 ㎛의 그래프는 도 1의 B 유형의 폴리이미드 필름의 특성을 나타낸다.

도 2에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 관한 A 및 B 유형의 폴리이미드 필름은 종래의 폴리이미드 필름(C 유형)에 비해 높은 수준의 탄성한계영역을 나타내므로 강도가 향상되었음을 알 수 있다(탄성한계영역은 도 2에서 원으로 표시되었다).

도 3의 그래프는 상술한 A, B, 및 C 유형의 폴리이미드 필름으로 폭이 15 mm인 시편을 제작하여 실험을 실시하여 각각의 유형의 폴리이미드 필름에 대한 측정 데이터를 나타낸다.

도 3을 살펴보면, 본 발명의 일 실시예에 관한 폴리이미드 필름에서 B 유형의 필름은 25 ㎛의 얇은 두께를 가짐에도 불구하고, 38 ㎛ 의 두께를 갖는 종래의 폴리이미드 필름과 동일한 수준의 탄성한계영역을 나타냄을 알 수 있다. 이러한 실험 결과는 얇은 두께로 폴리이미드 필름을 제조한 경우에도, 칩온필름 실장방식의 연성회로기판 제조 공정에서 필름의 이송을 위해 폴리이미드 필름에 장력이 가해지는 경우에도 폴리이미드 필름의 강성이 충분하여 변형이 잘 발생하지 않음을 의미한다.

도 4는 도 1의 폴리이미드 필름에 대한 유연성 실험을 설명한 개념도이다.

도 4에 나타난 실험은 폴리이미드 필름(10)과, 구리층(20)을 구비하는 연성 동박적층판을 약 3 mm의 곡률 반경으로 만곡시킬 때에 하중(굽힘 하중)을 측정하는 방식으로 수행하였다. 이와 같은 실험은 디스플레이 패널과 구동부를 연결하는 액정구동 연성회로기판 패키지를 만곡시키는 구조와 유사하다.

표 2는 도 4의 실험을 통해 측정한 부하를 나타내고, 표 3은 구리층(20)을 구비하지 않는 폴리이미드 필름(10)을 이용하여 도 4의 실험과 유사한 방식으로 진행한 실험을 통해 측정한 부하의 데이터(단위: g)를 나타낸다.

표 3과 표 4를 참조함으로써 본 발명의 일 실시예에 관한 폴리이미드 필름 및 연성 동박적층판의 유연성과 관련한 성능을 확인할 수 있다. 종래의 폴리이미드 필름(유형 C)을 만곡시키기 위해서는 약 11g의 힘이 필요하지만, 본 발명의 일 실시예에 관한 폴리이미드 필름(유형 B)을 만곡시키기 위해서는 약 7g의 힘이 소요됨을 알 수 있다. 따라서 본 발명의 일 실시예에 관한 폴리이미드 필름(유형 B)의 유연성이 종래의 필름보다 약 35% 향상되었음을 알 수 있다. 또한 표 3의 실험 결과를 통해 본 발명의 일 실시예에 관한 연성 동박적층판의 유연성이 종래의 기술에 비교해 약 30% 향상되었음을 알 수 있다.

한편, 표 1을 참조하면 본 발명의 일 실시예에 관한 폴리이미드 필름의 열팽창계수는 7.16 ppm/℃ 이므로, 유연성이 향상되도록 얇게 제작함과 동시에 상술한 바와 같이 충분한 강성을 가지며 10 ppm/℃의 이하의 열팽창 계수를 갖는 폴리이미드 필름이 구현 가능하다.

상술한 바와 같은 구성과 특성을 갖는 본 발명의 일 실시예에 관한 폴리이미드 필름은 종래의 폴리이미드 필름에 비해 매우 얇은 두께로 제조되어 향상된 유연성을 가지면서도 동일한 수준의 강성을 나타내므로, 휴대용 전자기기나 노트북과 같은 초박형 제품에서 디스플레이 패널과 구동부를 전기적으로 연결하기 위한 칩온필름 실장 방식의 연성회로기판의 제조에 이용할 수 있다.

본 발명은 상술한 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 관한 폴리이미드 필름과, 연성 동박적층판의 사시도이다.

도 2는 도 1의 폴리이미드 필름과 종래의 폴리이미드 필름의 특성을 비교하여 인장강도와 변형량의 관계를 나타낸 그래프이다.

도 3은 도 1의 폴리이미드 필름과 종래의 폴리이미드 필름의 특성을 비교하여 하중과 변형률의 관계를 나타낸 그래프이다.

도 4는 도 1의 폴리이미드 필름에 대한 유연성 실험을 설명한 개념도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10: 폴리이미드 필름 20: 구리층

Claims (12)

1. 두께는 20 내지 30 ㎛이고, 인장 강도는 400 MPa 이상이며, 탄성 계수는 5 GPa 이상이고, 폭이 48mm 일 때에 3 mm 이하의 반경으로 만곡시키기 위해 소요되는 굽힘 하중이 10g 이하인, 폴리이미드 필름.
2. 제1항에 있어서,

   탄성한계영역이 150 MPa 이상인, 폴리이미드 필름.
3. 제1항에 있어서,

   열팽창 계수는 10 ppm/℃ 이하인, 폴리이미드 필름.
4. 두께는 20 내지 30 ㎛이고, 인장 강도는 400 MPa 이상이며, 탄성 계수는 5 GPa 이상이고, 폭이 48mm 일 때에 3 mm 이하의 반경으로 만곡시키기 위해 소요되는 굽힘 하중이 10g 이하인, 폴리이미드 필름; 및

   상기 폴리이미드 필름 위에 형성되며, 두께가 8 내지 12 ㎛ 인 구리층;을 구비하는, 연성 동박적층판.
5. 제4항에 있어서,

   상기 폴리이미드 필름의 탄성한계영역은 150 MPa 이상인, 연성 동박적층 판.
6. 제4항에 있어서,

   상기 폴리이미드 필름의 열팽창 계수는 10 ppm/℃ 이하인, 연성 동박적층판.
7. 두께는 30 내지 40 ㎛이고, 인장 강도는 400 MPa 이상이며, 탄성 계수는 3.5 GPa 이상이고, 폭이 48mm 일 때에 3 mm 이하의 반경으로 만곡시키기 위해 소요되는 굽힘 하중이 10g 이하인, 폴리이미드 필름.
8. 제7항에 있어서,

   탄성한계영역이 100 MPa 이상인, 폴리이미드 필름.
9. 제7항에 있어서,

   열팽창 계수는 10 ppm/℃ 이하인, 폴리이미드 필름.
10. 두께는 30 내지 40 ㎛이고, 인장 강도는 400 MPa 이상이며, 탄성 계수는 3.5 GPa 이상이고, 폭이 48mm 일 때에 3 mm 이하의 반경으로 만곡시키기 위해 소요되는 굽힘 하중이 10g 이하인, 폴리이미드 필름; 및

    상기 폴리이미드 필름 위에 형성되며, 두께가 8 내지 12 ㎛ 인 구리층;을 구비하는, 연성 동박적층판.
11. 제10항에 있어서,

    상기 폴리이미드 필름의 탄성한계영역은 100 MPa 이상인, 연성 동박적층판.
12. 제10항에 있어서,

    상기 폴리이미드 필름의 열팽창 계수는 10 ppm/℃ 이하인, 연성 동박적층판.

Images