KR20110017956A - 배선패턴의 형성방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 회로기판에 배선패턴을 형성하는 방법에 관한 것으로, 본 발명의 배선패턴 형성방법은 a) 기판 위에 에폭시 수지 조성물을 반경화상태로 코팅하여 프라이머(primer)층을 마련하는 단계; b) 상기 a) 단계의 기판에 제1 전도성 금속이 포함된 잉크로 1차 인쇄하여 상기 프라이머층에 씨드(seed) 배선층을 함몰(陷沒)시키는 단계; c) 상기 b) 단계의 기판을 소성하여 상기 프라이머층의 에폭시 수지 조성물을 완전경화시키는 단계; 및 d) 상기 c) 단계 기판의 씨드 배선층 위에 제2 전도성 금속이 포함된 잉크로 2차 인쇄하여 전도성 배선층을 마련하는 단계를 포함한다. 이러한 본 발명은 기판과 전도성 배선층의 접착력이 우수해지도록 배선패턴을 형성할 수 있다.
기판, 전도성, 배선패턴, 잉크젯, 에폭시

Description

배선패턴의 형성방법{METHOD OF FORMING WIRING PATTERN}
본 발명은 회로기판에 전도성이 있는 금속을 인쇄하여 배선패턴을 형성하는 방법에 관한 것이다.
산업기술의 발전으로 다양한 기능 구현과 소형화가 요구되는 추세에 따라 가벼우면서도 강하고 크기 또한 작은 회로기판이 요구되고 있다. 이러한 요구사항을 확보하기 위해서는 기본적으로 미세한 배선패턴이 구현될 수 있어야 하며, 구현된 배선패턴의 신뢰성 또한 확보되어야 한다.
최근 미세한 배선패턴의 신뢰성을 확보하기 위해 주로 사용되는 기술은 회로기판의 배선패턴을 잉크젯 프린팅으로 형성시키는 기술이다. 이러한 잉크젯 프린팅 방식은 배선패턴을 기판상에 직접 형성하기 때문에 종래의 리소그래피 방식으로 인쇄할 경우 이루어져야 했던 진공성막, 포토리소, 에칭, 레지스트 박리 공정 등을 생략할 수 있어 저렴한 가격으로 회로기판을 제작할 수 있다.
그런데, 잉크젯 프린팅 방식은 기판을 처리하지 않은 상태에서 잉크를 직경이 50㎛인 노즐로 분사를 하면 잉크가 노즐에서 토출될 때 잉크 액적(drop)의 직경이 1.5배 정도 증가하며, 회로기판에 잉크 액적이 떨어질 때는 퍼지는 현상이 있어 결과적으로 배선패턴의 폭은 분사노즐 직경의 수배로 증가하는 문제점이 있다.
따라서, 잉크젯 프린팅 방식으로 배선패턴을 형성할 경우 배선패턴의 폭을 미세하게 조절하기 위해서 잉크의 점성, 토출량, 잉크젯 노즐의 직경을 조절하거나 회로기판의 특성(회로기판의 표면)을 개선하는 방법이 주로 이루어지고 있다. 이때, 회로기판의 특성을 개선하여 미세한 배선패턴을 형성하는 방법으로는 잉크 분사시 회로기판을 가열하는 방법을 들 수 있다. 그런데, 기판을 가열하는 방법은 노즐과 회로기판 사이의 거리가 가까워 잉크가 노즐에서 토출될 때 노즐이 막히는 현상을 유발할 뿐만 아니라 배선패턴 형상의 coffee stain effect를 야기한다.
한편, 회로기판을 가열하지 않고 단순히 기판을 소수성 처리하여 잉크와 회로기판의 접촉각을 높여 미세한 배선패턴을 형성하는 기술도 제안되고 있으나, 이러한 기술은 잉크 액적과 잉크 액적을 오버랩(overlap)시켜 배선라인 형성시 기판과 잉크 액적 사이의 힘보다 잉크 액적과 잉크 액적 사이의 힘이 커서 잉크가 기판에 부착(anchor)되지 못하고 잉크 액적간의 인력에 의해 잉크의 뭉침 현상이 일어나 배선패턴의 형상이 불규칙해지는 문제점이 있다.
본 발명자들은 상술한 종래의 잉크젯 프린팅 방식으로 배선패턴을 형성할 경우 발생하는 문제점들을 해결하기 위해 에폭시 수지 조성물로 회로기판의 표면을 코팅 및 열처리한 후 표면처리된 회로기판에 배선패턴을 형성시켜 잉크의 퍼짐성을 억제하고 잉크와 기판간의 접착력을 향상시켜 종래의 문제점을 해결할 수 있었다.
즉, 잉크의 퍼짐성을 억제하기 위해서는 기판과 잉크의 접촉각을 증가시켜야 하는데, 이를 위해 본 발명자들은 에폭시 수지 조성물을 회로기판에 코팅하고 반경화시킨 후 배선패턴을 형성시킨 것이다.
그런데, 에폭시 수지 조성물이 반경화된 상태로 존재하는 회로기판에 배선패선을 형성할 경우 에폭시 수지 조성물의 거동에 의해 형성된 배선패턴에 에폭시 수지 조성물이 침투함에 따라 전도성이 떨어지게 되었다.
이에 따라, 본 발명자들은 에폭시 수지 조성물로 표면이 코팅된 회로기판에 배선패턴을 형성시킴에 있어 잉크의 퍼짐성을 억제하고 잉크와 기판간의 접착력을 향상시킬 뿐만 아니라 회로기판의 전도성 또한 우수해지도록 배선패턴을 형성시킬 수 있는 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위해 a) 기판 위에 에폭시 수지 조성물을 반경화상태로 코팅하여 프라이머(primer)층을 형성하는 단계; b) 상기 a) 단계의 기판에 제1 전도성 금속이 포함된 잉크로 1차 인쇄하여 상기 프라이머층에 씨 드(seed) 배선층을 함몰(陷沒)시키는 단계; c) 상기 b) 단계의 기판을 소성하여 상기 프라이머층의 에폭시 수지 조성물을 완전경화시키는 단계; 및 d) 상기 c) 단계 기판의 씨드 배선층 위에 제2 전도성 금속이 포함된 잉크로 2차 인쇄하여 전도성 배선층을 형성하는 단계를 포함하는 배선패턴의 형성방법을 제공한다.
여기서, 에폭시 수지 조성물의 반경화상태란 에폭시 수지의 경화반응에 있어서 에폭시 수지의 체인이 완전히 닫히기 전까지의 상태를 의미한다.
또한, 프라이머층에 씨드 배선층을 함몰시킨 상태는 프라이머층의 표면에 씨드 배선층이 드러나도록 함몰되는 것을 의미한다.
한편, 본 발명은 기판; 상기 기판 위에 형성되며, 에폭시 수지 조성물이 경화된 프라이머(primer)층; 제1 전도성 금속이 포함된 잉크로 인쇄된 것으로, 상기 프라이머층에 함몰된 씨드(seed) 배선층; 및 제2 전도성 금속이 포함된 잉크로 인쇄된 것으로, 상기 씨드 배선층 위에 동일한 패턴으로 적층된 전도성 배선층을 포함하는 회로기판을 제공한다.
본 발명의 배선패턴 형성방법은 에폭시 수지 조성물을 반경화상태로 기판에 코팅한 후 씨드 배선층을 함몰시키기 때문에 기판과 잉크(씨드 배선층)의 접착력을 향상시킬 수 있고, 기판과 잉크의 접촉각을 증가시켜 기판에서 잉크의 퍼짐성을 억제할 수 있다. 또한, 에폭시 수지 조성물이 거동하지 못하도록 완전경화시킨 후 씨드 배선층 위에 전도성 배선층을 형성하기 때문에 기판의 전도성을 향상시킬 수 있다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명은 기판에 에폭시 수지 조성물을 반경화상태로 코팅(표면처리)하고 배선패턴을 형성시킨 후 에폭시 수지 조성물을 완전경화시켜 다시 배선패턴을 형성함에 따라 잉크의 퍼짐성을 억제할 수 있고, 기판의 전도성 또한 우수해지도록 배선패턴을 형성할 수 있는데, 그 구체적인 방법은 다음과 같다.
a) 기판 위에 프라이머층 형성
기판 위에 에폭시 수지 조성물을 반경화상태로 코팅(표면처리)하여 프라이머(primer)층을 형성한다. 이러한 프라이머층은 후술되는 씨드 배선층이 기판과 높은 접착력을 갖도록 하고 씨드 배선층 형성시 잉크의 퍼짐성을 억제하기 위해 형성되는 것으로, 구체적인 제조과정은 다음과 같다.
a-1) 에폭시 수지 조성물 코팅
에폭시 수지 조성물을 기판 위에 코팅한다. 이때, 에폭시 수지 조성물을 코팅하는 방법은 특별히 한정되지 않으며, 구체적인 예로는 스핀코팅(Spin coating), 롤코팅(roll coating), 딥코팅(dip coating), 분무코팅(spray coating) 및 잉크젯(ink jet) 코팅 등을 들 수 있다.
a-2) 코팅된 기판 1차 건조
에폭시 수지 조성물로 코팅된 기판을 1차 건조시켜 에폭시 수지 조성물에 포 함된 용매를 제거한다. 이때, 1차 건조시간이 너무 짧으면 용매가 trap된 상태로 경화가 일어나 추후 out gasing이 발생하게 되어 기판의 신뢰성이 떨어질 수 있으며, 반대로 너무 길면 제조공정 효율이 떨어질 수 있으므로, 1차 건조시간은 3 ~ 10분인 것이 바람직하다. 또한, 1차 건조온도는 에폭시 수지 조성물에 사용된 용매에 따라 달라지는 것으로, 사용되는 용매를 제거(휘발시키는)할 수 있고 에폭시 수지 조성물이 경화되지 않는 온도면 특별히 한정되지 않으나 80 ~ 120℃인 것이 바람직하다.
a-3) 1차 건조된 기판 1차 열처리
1차 건조된 기판을 1차 열처리하여 코팅된 에폭시 수지 조성물을 반경화시킨다. 여기서, 에폭시 수지 조성물의 반경화상태란 에폭시 수지의 경화반응에 있어서 에폭시 수지의 체인이 완전히 닫히기 전까지의 상태(즉, 체인 거동이 끝나기 전까지의 상태)를 의미한다. 예컨데, 에폭시 수지 조성물에 포함된 용매가 건조된 후부터 -OH기가 경화된 에폭시 수지 조성물 내에 0~50% 범위 내로 생성될 때까지의 상태를 들 수 있다.
일반적으로 에폭시 수지 조성물은 하기 반응식 1과 같은 메커니즘으로 경화반응이 일어나는데, 이때, 에폭시 수지 조성물이 완전경화된 후에는 다량의 -OH기가 형성된다. 따라서, 기판에 에폭시 수지 조성물을 코팅한 후 완전경화시키면 기판의 표면에는 다량의 -OH기가 존재하게 되는데, 이렇게 다량의 -OH기가 존재하는 기판에 배선패턴을 형성하게 되면 잉크에 포함된 용매(특히, 수계 용매)가 -OH기와 화학적으로 결합하여 기판과 잉크의 접촉각이 감소하여 잉크의 퍼짐성이 심해짐에 따라 미세한 배선패턴을 형성시키기 어려워진다. 이때, 기판과 잉크의 바람직한 접촉각 범위는 40 ~ 60도인데, -OH기가 다량 존재할 경우 접촉각이 20도 이하로 감소하게 된다.
Figure 112009049906685-PAT00001
상기 R은 하기와 같은 기본 구조로 표시될 수 있으며, R1은 지방족 아민(Aliphatic amine), 방향족 아민(Aromatic amine), 디시안디아마이드(DICY), 패놀노블락 등일 수 있다.
Figure 112009049906685-PAT00002
그러나, 본 발명은 기판의 표면에 -OH기가 다량으로 존재하지 않도록 기판에 코팅된 에폭시 수지 조성물을 반경화시키기 때문에 배선패턴(씨드 배선층)을 형성하더라도 잉크의 퍼짐성을 억제할 수 있어 미세한 배선패턴을 형성할 수 있게 된다.
여기서, 에폭시 수지 조성물을 반경화시키기 위한 1차 열처리 온도는 너무 낮으면 에폭시 수지 조성물의 경화가 일어나지 않고 너무 높으면 완전 경화되어 -OH기가 생성됨에 따라 잉크의 퍼짐성이 커질 수 있으므로, 120 ~ 170℃로 조절하는 것이 바람직하다. 또한, 1차 열처리 시간이 너무 짧거나 반대로 너무 길어도 에폭시 수지 조성물의 경화도가 달라져 잉크의 퍼짐성에 영향을 미칠 수 있으므로, 1차 열처리 시간은 1 ~ 60분으로 조절하는 것이 바람직하다.
이와 같이 기판에 에폭시 수지 조성물을 코팅하여 프라이머층을 형성할 경우 형성된 프라이머층의 두께는 1 ~ 30㎛이 바람직하며, 그 중에서도 1 ~ 10㎛인 것이 좋다.
한편, 본 발명에서 사용되는 기판은 회로기판 분야에서 통상적으로 사용되는 것이라면 특별히 한정되지 않으며, 구체적인 예로는 폴리이미드, 에폭시, PET 등을 사용할 수 있다.
또한, 상기 기판 위에 코팅되는 에폭시 수지 조성물은 에폭시 수지, 경화제 및 용매를 포함하여 구성되는데, 이때, 에폭시 수지는 특별히 한정되지 않으나 친환경적 소재인 비불소 또는 비실리콘 탄화수소계 에폭시 수지를 사용하는 것이 바람직하다.
이러한 비불소 또는 비실리콘 탄화수소계 에폭시 수지는 불소 또는 실리콘을 포함하지 않는 에폭시 수지를 의미하는 것으로, 구체적인 예로는 페놀 또는 알킬 페놀류와 히드록시벤즈알데히드와의 축합물을 에폭시화함으로써 얻어지는 에폭시수지, 페놀 노볼락형 에폭시수지, 크레졸노볼락형 에폭시수지, 페놀아랄킬형 에폭시수지, 바이페닐(biphenyl)형 에폭시수지, 하기 화학식 1의 비스페놀 A형 에폭시수지, 비스페놀 F형 에폭시수지, 선형지방족 에폭시수지, 지환식 에폭시수지, 복소환 식 에폭시수지, 스피로환을 포함하는 에폭시수지, 자일록형 에폭시수지, 다관능형 에폭시수지, 하기 화학식 2의 노볼락 에폭시수지, 나프톨노블락형 에폭시수지, 비스페놀A/비스페놀F/비스페놀AD의 노볼락형 에폭시수지, 비스페놀A/비스페놀F/비스페놀AD의 글리시딜에테르, 비스히드록시비페닐계 에폭시수지, 디시클로펜타디엔계 에폭시수지, 나프탈렌계 에폭시수지, 난연성 에폭시 수지, 환형 에폭시수지, 러버 변성 에폭시수지, 지방족 폴리글리시딜형 에폭시 수지, 글리시딜 아민형 에폭시 수지, 하기 화학식 3의 DCPD형 에폭시 수지 등을 들 수 있다.
Figure 112009049906685-PAT00003
Figure 112009049906685-PAT00004
이때, 화학식 1 및 2의 n은 0.1 ~ 30이다.
Figure 112009049906685-PAT00005
이때, 화학식 3의 n은 4 ~ 6이다.
여기서, 화학식 1 및 2로 표시되는 에폭시 수지의 구체적인 예로는 비스페놀A(n: 1~2, 신화T&C, 500R), 비스페놀A(n: 0.12 ~0.13, 국도화학, YD-128), 비스페놀A(n: 0.15 ~ 0.16, 국도화학, YD-134), 비스페놀A(n: 2.1 ~ 2.2, 국도화학, YD-011), 비스페놀A (n: 5.4 ~ 5.5, 국도화학, YD-014), 비스페놀A (n: 11.0 ~ 12.0, 국도화학, YD-017) 등이 있다.
상기한 에폭시 수지는 단독 또는 2종 이상 혼용될 수 있으며, 에폭시 수지의 사용량은 에폭시 수지 조성물 전체 중량 100을 기준으로 50 ~ 80중량부인 것이 바람직하며, 그 중에서도 30중량부인 것이 좋다.
한편, 상기 에폭시 수지 조성물에 포함되는 경화제는 에폭시 수지를 경화시키는 것이면 특별히 한정되지 않으며, 구체적인 예로는 상온용 아민계; 고온용 유기산무수물계; 디에틸렌트리아민, 트리에틸렌테트라민, 메타페닐렌디아민, 디아미노디페닐메탄 및 디아미노디페닐술폰 등의 지방족 폴리아민; 무수프탈산, 테트라히드로무수프탈산, 헥사히드로무수프탈산, 메틸테트라히드로무수프탈산, 무수메틸나지크산, 무수피로메리트산, 무수 HET산, 도데세닐무수호박산 등의 산무수물계를 사 용할 수 있다. 이러한 경화제의 사용량은 에폭시 수지 조성물 전체 중량 100을 기준으로 5~50중량부인 것이 바람직하며, 그 중에서도 10~30중량부인 것이 좋다.
또한, 상기 에폭시 수지 조성물에 포함되는 용매 또한 특별히 한정되지 않으며, 구체적인 예로는 MEK(Methyl ethyl ketone), 자일렌, 톨루엔, 피리딘, 퀴놀린, 아니솔, 메시틸렌 등을 들 수 있다. 이러한 용매의 사용량은 에폭시 수지 조성물 전체 중량 100을 기준으로 20 ~ 70 중량부인 것이 바람직하며, 그 중에서도 20 ~ 60중량부인 것이 좋다.
이외에도 상기 에폭시 수지 조성물에는 필요에 따라 경화촉진제, 점도 조절제, 커플링제, 소포제, 분산제 등의 기타 첨가제가 에폭시 수지 조성물 전제 중량 100을 기준으로 각각 0.1 ~ 1중량부로 포함될 수 있다.
b) 기판의 프라이머층에 씨드 배선층 함몰
프라이머층이 형성된 기판에 제1 전도성 금속이 포함된 잉크로 1차 인쇄하여 프라이머층에 씨드(seed) 배선층을 함몰시킨다. 여기서, 씨드 배선층은 제1 전도성 금속이 포함된 잉크로 인쇄되어 형성되는 것이지만 전류가 흐르는 배선역할보다는 기판과 접착력을 높여 결과적으로 후술되는 전도성 배선층이 우수한 전도성을 나타내면서 기판과의 접착력 또한 뛰어나도록 할 수 있는 베이스 배선역할을 하는 것으로, 구체적인 제조과정은 다음과 같다.
b-1) 프라이머층에 1차 인쇄
기판의 프라이머층에 제1 전도성 금속이 포함된 잉크로 1차 인쇄하여 씨드 배선층을 마련한다. 이때, 1차 인쇄하는 방식은 특별히 한정되지 않으나, 디스펜싱 공법, 스크린 인쇄, 그라비아 인쇄 및 잉크젯 인쇄로 이루어진 군에서 선택되는 것이 바람직하며, 그 중에서도 미세한 배선패턴을 용이하게 형성할 수 있는 잉크젯 인쇄를 사용하는 것이 좋다.
여기서, 상기 잉크는 회로기판에 배선패턴을 형성시키기 위해 당업계에서 통상적으로 사용되는 것이라면 특별히 한정되지 않고 사용할 수 있다. 이러한 잉크는 크게 제1 전도성 금속과 용매로 구성될 수 있는데, 이때, 사용되는 용매에 따라 수계 또는 비수계 잉크로 분류된다. 수계 잉크의 용매로는 디에틸렌 글리콜 부틸 에테르 아세테이트, 에탄올 수용액, 에틸렌 글리콜 등을 사용할 수 있으며, 비수계 잉크의 용매로는 헥산, 옥탄, 테트라데칸, 헥사데칸, 1-헥사데신, 1-옥타데신, 톨루엔, 크실렌 및 클로로벤조산 중에서 적어도 하나 이상 선택하여 사용할 수 있으나, 이들에 한정되는 것은 아니다.
한편, 잉크에 포함되는 제1 전도성 금속은 은(Ag), 구리(Cu), 금(Au), 백금(Pt), 니켈(Ni), 팔라듐(Pd), 철(Fe) 및 이들의 합금으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 금속 나노 입자로 구성될 수 있다. 이러한 금속 나노 입자의 크기는 미세한 배선패턴을 형성하기 위해 5 내지 50nm, 더욱 구체적으로는 15 내지 30 nm인 것을 사용하는 것이 바람직하다.
b-2) 1차 인쇄된 기판 2차 열처리
씨드 배선층에 존재하는 잉크의 용매를 제거하고, 프라이머층에 씨드 배선층을 함몰시키기 위해 1차 인쇄된 기판을 2차 열처리한다.
기판의 프라이머층에 씨드 배선층을 인쇄할 때 프라이머층의 에폭시 수지 조성물은 반경화상태로 존재하기 때문에 잉크가 프라이머층에 도달하면 프라이머층에 스며들기 시작한다. 이러한 기판을 열처리하면 잉크에 포함된 용매는 휘발되며 에폭시 수지 조성물은 흐름성이 커져 잉크에 포함된 전도성 금속은 프라이머층에 완전히 스며들어 함몰됨에 따라 씨드 배선층을 형성하게 된다. 이와 같이 프라이머층에 씨드 배선층이 함몰됨에 따라 기판과 씨드 배선층의 접착력은 매우 우수해진다.
여기서, 프라이머층에 씨드 배선층을 함몰시키는 과정은 2 ~ 4회 반복될 수 있으므로, 상기 2차 열처리과정은 프라이머층의 에폭시 수지 조성물이 반경화상태를 유지할 수 있도록 90 ~ 180℃의 온도범위에서 1 ~ 30분 동안 수행되는 것이 좋다.
즉, 프라이머층에 씨드 배선층을 함몰시키는 과정을 1회만 실시할 경우 씨드 배선층이 프라이머층에 완전히 묻혀버려 프라이머층의 표면에 드러나지 않을 수 있는데, 이렇게 씨드 배선층이 프라이머층의 표면에 드러나지 않으면 후술되는 전도성 배선층을 적층하기 어렵고 배선패턴이 제대로 형성되지 않아 기판의 전도성 또한 떨어질 수 있다.
따라서, 씨드 배선층이 프라이머층의 표면에 드러나도록 함몰시키기 위해서 프라이머층에 씨드 배선층을 함몰시키는 과정은 2 ~ 4회 반복되는 것이 바람직하며, 이에 따라 프라이머층의 에폭시 수지 조성물은 반경화상태를 유지하는 것이 좋은 것이다. 이때, 씨드 배선층을 함몰시키는 과정을 반복할 경우 미세한 배선패턴을 형성하기 위해 프라이머층에 씨드 배선층을 1차 인쇄한 후 인쇄된 씨드 배선층 위에 다시 씨드 배선층을 인쇄하는 것이 바람직하다.
또한, 1차 인쇄된 씨드 배선층 위에 다시 씨드 배선층을 인쇄할 경우 2차 열처리과정은 인쇄횟수에 비례하여 수행되거나(즉, 1회 인쇄 후 열처리 -> 2회 인쇄 후 열처리 -> 3회 인쇄 후 열처리) 인쇄만 다수회한 후 마무리단계에서 수행될(즉, 1회 인쇄 -> 2회 인쇄 -> 3회 인쇄 -> 열처리) 수 있다.
한편, 프라이머층에 씨드 배선층을 함몰시키는 과정은 잉크에 포함된 고형분의 양에 따라서도 달라질 수 있는데, 잉크에 포함되는 고형분의 양이 잉크 전체 중량 100을 기준으로 60중량부 이상일 경우에는 1회 정도 실시하는 것이 바람직하고, 고형분의 양이 30중량부 이하일 경우에는 2회 정도 실시하는 것이 바람직하다.
c) 기판의 프라이머층 완전경화
프라이머층에 씨드 배선층이 함몰된 기판을 소성하여 프라이머층의 에폭시 수지 조성물을 완전경화시킨다. 이때, 소성온도는 에폭시 수지 조성물에 포함된 에폭시 수지에 따라 달라지는 것으로 에폭시 수지 조성물이 완전경화되는 온도이면 특별히 한정되지 않는다. 다만, 소성온도가 너무 낮으면 에폭시 수지 조성물이 완전경화되지 않기 때문에 120 ~ 200℃의 온도범위에서 소성되는 것이 바람직하다. 또한, 소성시간은 에폭시 수지 조성물에 따라 다르지만 상기한 온도에서 완전경화가 이루어질 수 있도록 30 ~ 60분인 것이 좋다.
d) 기판에 전도성 배선층 형성
프라이머층의 에폭시 수지 조성물을 완전경화시킨 후 프라이머층에 함몰된 씨드 배선층 위에 제2 전도성 금속이 포함된 잉크로 2차 인쇄하여 전도성 배선층을 형성한다. 이때, 전도성 배선층은 실제적으로 전류가 흐르는 배선역할을 수행하는 것으로, 구체적인 제조과정은 다음과 같다.
d-1) 전도성 배선층 적층
프라이머층에 함몰된 씨드 배선층 위에 제2 전도성 금속이 포함된 잉크로 2차 인쇄하여 전도성 배선층을 적층한다.
1차 인쇄하여 씨드 배선층을 형성할 경우 잉크가 프라이머층으로 스며들어 함몰됨에 따라 씨드 배선층은 기판과 우수한 접착력을 갖게 되지만, 에폭시 수지 조성물의 거동에 의해 에폭시 수지 조성물이 씨드 배선층에 침투함에 따라 씨드 배선층의 전도성은 떨어지게 된다. 즉, 에폭시 조성물은 반경화상태로 유동성을 가지고 있기 때문에 씨드 배선층으로의 침투현상이 일어날 수 있는데, 이렇게 씨드 배선층에 에폭시 수지 조성물이 침투된 상태로 에폭시 수지 조성물을 완전경화시킨 기판은 전도성이 떨어지게 되는 것이다.
그러나, 본 발명은 2차 인쇄를 통해 씨드 배선층 위에 전도성 배선층을 적층함에 따라 기판의 전도성을 확보할 수 있다. 이때, 2차 인쇄하는 방식은 특별히 한정되지 않으나, 디스펜싱 공법, 도금 공법, 스크린 인쇄, 그라비아 인쇄 및 잉크젯 인쇄로 이루어진 군에서 선택되는 것이 바람직하며, 그 중에서도 배선패턴을 미세하게 형성할 수 있는 잉크젯 인쇄를 사용하거나 인쇄가 편리한 도금 공법(전해질 도금 또는 무전해질 도금)을 사용하는 것이 좋다.
한편, 2차 인쇄 시 사용하는 잉크 또한 제2 전도성 금속과 용매로 구성될 수 있는데, 이에 대한 설명은 상기 1차 인쇄 시 사용된 제1 전도성 금속 및 용매에 대한 설명과 동일하므로 생략하기로 한다. 다만, 2차 인쇄 시 사용되는 잉크에 포함된 제2 전도성 금속은 상기 1차 인쇄 시 사용되는 잉크에 포함된 제1 전도성 금속과 동일 또는 상이한 것을 사용할 수 있으며, 전도성이 더 우수한 금속을 사용하는 것이 바람직하다.
상기한 전도성 배선층은 에폭시 수지 조성물이 완전경화된 후 형성되는 것인데, 이때, 에폭시 수지 조성물이 완전경화되어 프라이머층에 -OH기가 다량 존재하더라도 전도성 배선층은 프라이머층에 인쇄되는 것이 아닌 씨드 배선층 위에 인쇄되는 것이기 때문에 잉크가 퍼지지 않아 미세한 배선패턴을 형성할 수 있다. 또한, 기판과 접착력이 우수한 씨드 배선층 위에 인쇄되는 것이기 때문에 전도성 배선층 또한 기판과 우수한 접착력을 나타내게 된다.
d-2) 전도성 배선층이 적층된 기판 3차 열처리
전도성 배선층에 존재하는 잉크의 용매를 제거하여 적층된 전도성 배선층을 고화(固化)시키기 위해 기판을 3차 열처리 한다. 이때, 3차 열처리 온도는 사용된 잉크에 따라 달라질 수 있는 것으로, 잉크를 고화시킬 수 있는 온도면 특별히 한정되지 않으나 150 ~ 250℃인 것이 바람직하다. 또한, 3차 열처리 시간은 30 ~ 60분인 것이 바람직하다.
한편, 전도성 배선층이 적절한 두께를 가져 기판을 다양한 분야에 적용할 수 있도록 기판에 전도성 배선층을 마련하는 과정은 다수회 반복될 수 있다. 이때, 전 도선 배선층의 두께는 1 ~ 30㎛ 두께를 갖도록 상기 과정이 반복될 수 있다.
즉, 기판의 응용분야에 따라 기판이 요구되는 저항치를 나타내기 위해서는 전도성 배선층이 적절한 두께를 갖어야 하는데, 2차 인쇄를 1회한 후 전도성 배선층의 두께가 적절하지 않아 요구되는 저항치가 나타나지 않을 경우에는 요구되는 저항치가 나올 때까지 2차 인쇄횟수를 늘릴 수 있는 것이다. 예를 들어, 기판을 PCB분야에 사용할 경우에는 전도성 배선층이 10 ~ 15㎛ 두께이면 요구되는 저항치를 나타내기 때문에 전도성 배선층의 두께가 10 ~ 15㎛ 이도록 2차 인쇄횟수를 조절하면 된다.
여기서, 2차 인쇄된 전도성 배선층 위에 다시 전도성 배선층을 인쇄할 경우 3차 열처리과정 또한 인쇄횟수에 비례하여 수행되거나(즉, 1회 인쇄 후 열처리 -> 2회 인쇄 후 열처리 -> 3회 인쇄 후 열처리) 인쇄만 다수회한 후 마무리단계에서 수행될(즉, 1회 인쇄 -> 2회 인쇄 -> 3회 인쇄 -> 열처리) 수 있다.
이상에서 설명한 형성방법으로 회로기판에 배선패턴을 형성함에 따라 본 발명의 회로기판은 기판, 프라이머층, 씨드 배선층 및 전도성 배선층을 포함하게 된다. 이러한 회로기판은 씨드 배선층이 프라이머층에 함몰되어 있고, 상기 씨드 배선층 위에 전도성 배선층이 적층되기 때문에 형성되는 배선패턴은 기판과 우수한 접착력을 갖을 수 있고, 배선패턴이 형성된 회로기판은 뛰어난 전도성을 나타낼 수 있다.
이하, 실시예 및 비교예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 다만, 하기 실시예 및 비교예는 본 발명의 바람직한 일실시예일 뿐 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1]
스핀 코팅방식(4000rpm 20초)을 이용하여 기판(두산전자社 FR-4(7408))위에 에폭시 수지 조성물을 코팅하고 80℃에서 10분 동안 1차 건조한 후 건조된 기판을 120℃에서 5분 동안 1차 열처리하여 에폭시 수지 조성물이 반경화상태로 존재하는 프라이머층을 형성하였다. 이때, 에폭시 수지 조성물은 에폭시 수지 40%중량부(국도화학의 YD-128 : 40%, 국도화학의 YD-011 : 30%, 신화T&C社의 DCPD : 30%), 경화제 20%중량부(신화T&C社의 DDS(Diaminodiphenylsulfone)), 용매 40%중량부(MEK), 선택적으로 경화촉진제 0.05중량부(aromatic amine)로 구성된 것을 사용하였다.
프라이머층이 마련된 기판에 잉크젯 인쇄방식으로 1차 인쇄를 하였다. 이때, 잉크는 전도성 금속으로 은(Ag)이 사용된 나노신소재社의 40LT제품을 사용하였고, 분사노즐의 직경은 50㎛인 것을 사용하였다. 1차 인쇄된 기판을 150℃에서 2분간 2차 열처리하여 프라이머층에 씨드 배선층을 함몰시켰다(이때, 프라이머층의 에폭시 수지 조성물은 반경화상태를 넘지 않았다). 이후 프라이머층의 에폭시 수지 조성물을 완전경화시키기 위해 200℃에서 30분간 소성하였다. 소성된 기판을 광학 현미경으로 확인한 결과 씨드 배선층이 프라이머층에 함몰된 것을 확인할 수 있었다(도 1 참조).
소성한 기판의 씨드 배선층 위에 1차 인쇄와 동일한 조건으로 2차 인쇄하여 전도성 배선층을 형성한 후 250℃에서 60분 동안 3차 열처리하였다. 전도선 배선층을 형성한 기판을 광학 현미경으로 확인한 결과 씨드 배선층 위에 전도성 배선층이 적층된 것을 확인할 수 있었다(도 2 참조).
[실시예 2]
씨드 배선층 형성과정을 1회 더 실시하여 씨드 배선층을 2회 인쇄한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 조건 및 방법으로 기판에 배선패턴을 형성하였다.
[실시예 3]
씨드 배선층 및 전도성 배선층 형성과정을 1회 더 실시하여 씨드 배선층과 전도성 배선층을 각각 2회 인쇄한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 조건 및 방법으로 기판에 배선패턴을 형성하였다.
[비교예 1]
실시예 1에서 전도성 배선층의 형성과정을 제외하고 기판에 씨드 배선층을 형성하는 과정을 1회 실시하여 기판에 배선패턴을 형성하였다.
[시험예 1] 전도성 테스트
실시예 1~3 및 비교예 1의 기판을 저저항 측정기(M210)를 이용하여 저항치를 측정하였고, 그 결과를 하기 표1에 나타내었다.
<표 1>
저항치(Ω)
실시예 1 1.87
실시예 2 0.92
실시예 3 0.51
비교예 1 -
표1을 참조하면, 씨드 배선층과 전도성 배선층이 모두 형성된 실시예 1은 전도성이 나타나고 있지만 씨드 배선층만 형성된 비교예 1의 경우는 전도성이 없어 저항치가 측정되지 않는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 씨드 배선층과 전도성 배선층을 1회 이상씩 형성할 경우(실시예 2 및 3) 전도성이 더욱 우수해짐을 확인할 수 있었다.
[실시예 4]
전도성 배선층 형성과정은 14회 실시하여 전도성 배선층을 형성한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 조건 및 방법으로 기판에 배선패턴을 형성하였다. 이때, 전도선 배선층의 두께는 10㎛이었다.
[시험예 2] 접착력 테스트(peel test)
실시예 4의 기판을 가로 1㎝, 세로 10㎝로 자른 후 S10 동박을 부착시켰다(부착조건-압력:78kgf/㎠, 온도:170도, 경화시간:500초) 동박이 부착된 기판을 peel test 장치(TE200111)를 이용하여 접착력 테스트(테스트 조건-박리속도:50㎜/min, 박리각도:90도)를 수행한 결과를 하기 표2 및 도3에 나타내었다.
<표 2>
Peel Strength(kgf/㎠)
실시예 4 1~1.5
표2 및 도3을 참조하면, 박리 강도(Peel Strength)가 1~ 1.5kgf/㎠로 본 발명의 배선패턴 형성방법으로 배선패턴을 형성할 경우 기판과 배선패턴의 접착력이 우수함을 확인할 수 있었다(통상적으로 PCB 기판에서 요구되는 박리강도는 1kgf/㎠ 이상임).
도1 및 도2는 본 발명의 배선패턴 형성방법으로 기판에 배선패턴이 형성된 것을 확인하기 위한 참고도이다.
도3은 본 발명의 배선패턴 형성방법으로 기판에 배선패턴을 형성한 후 기판의 접착력을 테스트한 결과를 나타내기 위한 참고도이다.

Claims (13)

  1. a) 기판 위에 에폭시 수지 조성물을 반경화상태로 코팅하여 프라이머(primer)층을 형성하는 단계;
    b) 상기 a) 단계의 기판에 제1 전도성 금속이 포함된 잉크로 1차 인쇄하여 상기 프라이머층에 씨드(seed) 배선층을 함몰(陷沒)시키는 단계;
    c) 상기 b) 단계의 기판을 소성하여 상기 프라이머층의 에폭시 수지 조성물을 완전경화시키는 단계; 및
    d) 상기 c) 단계 기판의 씨드 배선층 위에 제2 전도성 금속이 포함된 잉크로 2차 인쇄하여 전도성 배선층을 형성하는 단계를 포함하는 배선패턴의 형성방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 a) 단계는,
    상기 기판 위에 에폭시 수지 조성물을 코팅하는 단계;
    상기 에폭시 수지 조성물에 포함된 용매를 제거하기 위해 상기 에폭시 수지 조성물이 코팅된 기판을 3 ~ 10분 동안 1차 건조시키는 단계; 및
    상기 에폭시 수지 조성물을 반경화시키기 위해 상기 1차 건조된 기판을 120 ~ 170℃에서 1 내지 60분 동안 1차 열처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배선패턴의 형성방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 b) 단계는,
    상기 기판의 프라이머층에 전도성 금속이 포함된 잉크로 1차 인쇄하여 상기 씨드 배선층을 마련하는 단계; 및
    상기 잉크에 포함된 용매를 제거하고, 상기 씨드 배선층을 상기 프라이머층에 함몰시키기 위해 상기 씨드 배선층이 마련된 기판을 90 ~ 180℃에서 1 ~ 30분 동안 2차 열처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배선패턴의 형성방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 b) 단계는 상기 프라이머층의 에폭시 수지 조성물을 완전경화시키기 전에 2 ~ 4회 반복되는 것을 특징으로 하는 배선패턴의 형성방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 c) 단계의 소성온도는 120 ~ 200℃로 조절되는 것을 특징으로 하는 배선패턴의 형성방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 d) 단계는,
    상기 기판의 씨드 배선층 위에 전도성 금속이 포함된 잉크로 2차 인쇄하여 전도성 배선층을 적층하는 단계; 및
    상기 잉크에 포함된 용매를 제거하여 상기 적층된 전도성 배선층을 고화(固化)시키기 위해 전도성 배선층이 적층된 기판을 150 ~ 250℃에서 30 ~ 60분 동안 3차 열처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배선패턴의 형성방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 d)단계의 전도성 배선층은 1 ~ 30㎛ 두께로 마련되는 것을 특징으로 하는 배선패턴의 형성방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 에폭시 수지 조성물은 에폭시 수지, 경화제 및 용매를 포함하며, 상기 에폭시 수지는 비불소 또는 비실리콘 탄화수소계 에폭시 수지인 것을 특징으로 하는 배선패턴의 형성방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 b) 단계의 1차 인쇄방식은 디스펜싱 공법, 스크린 인쇄, 그라비아 인쇄 및 잉크젯 인쇄로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 배선패턴의 형성방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 d) 단계의 2차 인쇄방식은 디스펜싱 공법, 도금 공법, 스크린 인쇄, 그 라비아 인쇄 및 잉크젯 인쇄로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 배선패턴의 형성방법.
  11. 기판;
    상기 기판 위에 형성되며, 에폭시 수지 조성물이 경화된 프라이머(primer)층;
    제1 전도성 금속이 포함된 잉크로 인쇄된 것으로, 상기 프라이머층에 함몰된 씨드(seed) 배선층; 및
    제2 전도성 금속이 포함된 잉크로 인쇄된 것으로, 상기 씨드 배선층 위에 동일한 패턴으로 적층된 전도성 배선층을 포함하는 회로기판.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 프라이머층에 함몰된 상기 씨드 배선층 내부에는 상기 에폭시 수지 조성물이 침투된 것을 특징으로 하는 회로기판.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 회로기판은 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 기재된 방법에 의해 배선패턴이 형성된 것을 특징으로 하는 회로기판.
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