KR20110045952A - 내굴곡성이 향상된 연성회로기판용 적층 구조체의 제조방법 및 이 방법에 의해 제조된 적층 구조체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 내굴곡성이 향상된 연성회로기판용 적층 구조체의 제조방법 및 이 방법에 의해 제조된 적층 구조체에 관한 것으로, 상기 본 발명의 내굴곡성이 향상된 연성회로기판용 적층 구조체의 제조방법은 (a) 고분자 필름을 표면처리 하는 단계, (b) 상기 표면 처리된 고분자 필름 표면에 스퍼터링 법을 이용하여 타이층과 금속 시드층으로 되는 전도층을 순차적으로 증착하는 단계 및 (c) 상기 전도층이 증착된 고분자 필름 위에 첨가제 및 보정제가 함유되어 있는 도금액을 이용하여 도금층을 형성하는 단계로 구성되고, 상기 타이층은 Ni의 함량이 80 내지 90%로 되는 Ni-Cr 합금을 사용하여 형성함을 특징으로 한다.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 내굴곡성이 향상된 연성회로기판용 적층 구조체의 제조방법은 필름의 표면을 플라즈마 처리한 후 특정 함량의 Ni-Cr 합금으로 타이층을 형성하고 그 위에 도금층을 형성하는 방법을 사용하여, 얻어진 적층 구조체는 치수 변화율이 전혀 없으면서 월등하게 향상된 내굴곡성을 가질 수 있게 될 뿐 아니라 우수한 품질의 도금 표면을 가질 수 있게 된다.

연성회로기판, 적층, 내굴곡성, 폴리이미드, 스퍼터링.

Description

내굴곡성이 향상된 연성회로기판용 적층 구조체의 제조방법 및 이 방법에 의해 제조된 적층 구조체{Laminated structure for a flexible circuit board having a improved elasticity and manufacturing method the same}

본 발명은 내굴곡성이 향상된 연성회로기판용 적층 구조체의 제조방법 및 이 방법에 의해 제조된 적층 구조체에 관한 것으로, 보다 자세하게는 고분자 필름층, 타이(tie) 층, 시드(seed) 층 및 전해 도금층으로 구성되는 연성회로기판용 적층 구조체에 있어서 상기 고분자 필름과 시트층을 묶는 기능을 하는 타이층의 조성을 특정하게 하므로 내굴곡성이 월등하게 향상된 연성회로기판용 적층 구조체의 제조방법 및 이 방법에 의해 제조된 적층 구조체에 관한 것이다.

근년 들어 기술의 발달, 특히 전자산업 기술분야에서 반도체 집적회로의 발전에 의해 전자제품의 경우는 소형화, 박막화, 고밀도화, 고굴곡화 추세가 더욱 가속화되고 있으며, 집적도의 발전에 의해서 보다 복잡하고 좁은 공간에서도 사용이 용이한 인쇄회로기판(PCB : Printed Circuit Board)의 사용이 증가되고 있는데, 인 쇄회로기판의 경우 특히 LCD TV용으로 사용되는 COF(Chip On Film) 필름의 사용량이 증가하고 있는 추세이다. 이러한 인쇄회로기판의 제조 방법으로는 통상적으로 동박 위에 용융상태의 고분자 필름의 폴리이미드를 코팅하여 제조하는 캐스팅(Casting) 법과 스퍼터링 후 전해 도금하는 방법, 동박과 열경화성 폴리이미드 필름을 열압착하는 라미네이팅법의 3가지 방법이 대표적이다.

종래 일반적으로 사용된 방법에서는 폴리이미드의 접착제에 대한 내열성이 저하되는 문제로 인한 치수안정성의 문제가 있었으며, 이를 해결하기 위해, 예를 들어 대한민국 특허출원 제2004-0098949호는 "실란계 커플링제를 이용한 폴리이미드 필름의 표면개질방법, 그를 이용한 동박 적층 필름의 제조방법 및 그로 제조된 2층 구조의 동박 적층필름"이라는 명칭으로, "폴리이미드 필름 표면에 1) 1차 플라즈마 처리하고, 2) 화학식 1로 표시되는 화합물 1몰에 화학식 2로 표시되는 화합물 0.25∼1몰을 첨가하여 제조된 실란계 커플링제가 함유된 용액에 침지하여 표면처리하고, 3) 2차 플라즈마 처리를 순차 수행하는 것을 특징으로 하는 폴리이미드 필름의 표면 개질방법"을 제안하였다.

그러나, 상기한 방법이 종래의 문제점에 대한 근본적인 해결책으로 되기에는 미흡한 점이 있으며, 이에 종래 통상적인 접착제의 사용을 배제할 수 있는 방법으로, 상기한 제조 방법 중에서 특히 폴리이미드를 스퍼터링한 후 전해 도금하는 방법을 사용하게 되었으며 이 경우에는 폴리이미드와 도금층 사이의 우수한 접착력과 높은 굴곡성을 가지게 하기 위한 타이층(Tie-layer)을 증착하게 된다. 그러나, 상기한 방법을 사용하는 경우에도 치수안정성의 문제가 완전히 해결되지 않았으며, 따라서 이러한 문제점을 해결하기 위해 다양한 방법들이 제안되었는데, 예를 들어 대한민국 특허출원 제2005-0046470호는 연성회로기판에 사용되는 연성금속 적층판에 있어서, 고분자 필름; 상기 고분자 필름 상부에 진공성막 방식에 의해 형성된 두께가 50 내지 150 Å인 타이(tie) 코팅층; 상기 타이 코팅층 상부에 스퍼터링 방식에 의해 형성된 제 1금속 시드층과 진공 증착법(evaporation)에 의해 형성된 제 2금속 시드층으로 구성된 시드층; 및 상기 시드층 상부에 전해도금에 의해 형성된 금속 전도층을 포함하는 연성금속 적층판을 개시하고 있으며, 대한민국 특허출원 제2008-0018482호는 고분자 필름을 사용한 연성회로기판의 적층판에서 금속층의 성분 및 조직과 고분자 필름의 물성을 조절하여 패턴 형성 후에도 치수 변화율이 적은 우수한 특성의 연성금속 적층판을 제공하는 것을 목적으로 하여, "고분자 필름, 타이 코팅층, 금속 시드층 및 금속 전도층을 포함하는 연성금속 적층판에 있어서, 상기 금속 전도층 및 금속 시드층을 포함하는 금속층 내에 포함된 불순물(C 및 S)의 총함량이 0.03% 이하이고, 상기 금속층의 집합조직의 주방위 성분의 부피분율이 50% 이상이며, 상기 금속층의 매크로 결정립의 비율이 10% 이하인 것을 특징으로 하는 연성금속 적층판"을 개시하고 있다. 그러나, 이와 같은 종래의 기술은 단지 연성회로기판의 적층판에서 금속층의 성분 및 조직과 고분자 필름의 물성을 조절하여 패턴 형성 후 치수 변화율이 적은 적층판을 제공하기 위한 것일 뿐이다.

그런데, 최근들어 상기 COF 제품의 경우는 대화면 및 고화질이 요구되는 LCD TV 제품에 적용이 되고 있으며 이에 따라 COF 제품에 정보 전송용량이 증가하고 이에 의 해 많은 열이 발생하게 되며 제품에 크랙(crack) 발생할 가능성이 높아지며 이러한 크랙은 회로 배선의 단락과 같은 치명적인 불량 발생의 가능성을 높이는 요인으로 작용하고 잇다. 따라서, 이러한 발열에 강한 특성을 가지고 회로 배선의 단락에 대응할 수 있는 우수한 내굴곡성을 가진 제품이 요구되고 있는 실정이나, 이에 대한 해결책은 전혀 제시되고 있지 못하고 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 연성 회로기판의 적층 구조체에 있어서 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로 회로 배선의 단락에 대응할 수 있는 우수한 내굴곡성을 가져 크랙의 발생이 방지되는 내굴곡성이 향상된 연성회로기판용 적층 구조체의 제조방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 목적은 상기한 제조방법에 의해 제조된 내굴곡성이 향상된 연성회로기판용 적층 구조체를 제공하기 위한 것이다.

본 발명은 또한 상기한 명확한 목적 이외에 이러한 목적 및 본 명세서의 전반적인 기술로부터 이 분야의 통상인에 의해 용이하게 도출될 수 있는 다른 목적을 달성함을 그 목적으로 할 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 내굴곡성이 향상된 연성회로기판용 적 층 구조체의 제조방법은;

(a) 고분자 필름을 표면처리 하는 단계;

(b) 상기 표면 처리된 고분자 필름 표면에 스퍼터링 법을 이용하여 타이층과 금속 시드층으로 되는 전도층을 순차적으로 증착하는 단계; 및

(c) 상기 전도층이 증착된 고분자 필름 위에 첨가제 및 보정제가 함유되어 있는 도금액을 이용하여 도금층을 형성하는 단계로 구성되고,

상기 타이층은 Ni의 함량이 80 내지 90%로 되는 Ni-Cr 합금을 사용하여 형성함을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 구성에 따르면, 상기 고분자 필름은 폴리이미드임을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 구성에 따르면, 상기 (a) 단계에서 고분자 필름 또는 폴리이미드의 표면처리는 플라즈마를 사용하여 수행되는 것임을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 구성에 따르면, 상기 (b) 단계에서 스퍼터링 법에 의한 증착되는 전도층의 두께는 총 1,000Å 내지 2,000Å이 되도록 함을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 구성에 따르면, 상기 (c) 단계에서 도금액으로 황산구리 수용액과 첨가제 및 보정제를 사용하여 최소 0.5A/dm2 내지 최대 3A/dm2의 전류밀도가 순차적으로 증가되도록 함을 특징으로 한다.

상기 본 발명의 다른 목적을 달성하기 위한 내굴곡성이 향상된 연성회로기판용 적층 구조체는;

(a) 고분자 필름을 표면처리 하는 단계;

(b) 상기 표면 처리된 고분자 필름 표면에 스퍼터링 법을 이용하여 타이층과 금속 시드층으로 되는 전도층을 순차적으로 증착하는 단계; 및

(c) 상기 전도층이 증착된 고분자 필름 위에 첨가제 및 보정제가 함유되어 있는 도금액을 이용하여 도금층을 형성하는 단계로 구성되고,

상기 타이층은 Ni의 함량이 80 내지 90%로 되는 Ni-Cr 합금을 사용하여 형성함으로 제조된 것임을 특징으로 한다.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 내굴곡성이 향상된 연성회로기판용 적층 구조체의 제조방법은 필름의 표면을 플라즈마 처리한 후 특정 함량의 Ni-Cr 합금으로 타이층을 형성하고 그 위에 도금층을 형성하는 방법을 사용하여, 얻어진 적층 구조체는 치수 변화율이 전혀 없으면서 월등하게 향상된 내굴곡성을 가질 수 있게 될 뿐 아니라 우수한 품질의 도금 표면을 가질 수 있게 된다.

이하, 본 발명을 첨부도면을 참고로 바람직한 실시형태에 의해 보다 자세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따라 제조된 적층 구조체의 단면도이고, 도 2는 본 발명에 따른 내굴곡성 측정 방법을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 3은 본 발명에 따라 제조된 적층 구조체 및 비교예에 따라 제조된 적층 구조체의 내굴곡성 측정 방법에 의해 시험된 각 구조체의 크랙(Crack) 발생 결과를 나타낸 사진이다.

도 1에 도시된 바와 같은 층 구조를 갖는, 본 발명의 연성 회로 기판용 적층 구조체는 (a) 고분자 필름을 표면처리 하는 단계, (b) 상기 표면 처리된 고분자 필름 표면에 스퍼터링 법을 이용하여 타이층과 금속 시드층으로 되는 전도층을 순차적으로 증착하는 단계 및 (c) 상기 전도층이 증착된 고분자 필름 위에 첨가제 및 보정제가 함유되어 있는 도금액을 이용하여 도금층을 형성하는 단계로 제조된다.

상기한 바와 같이 적층 구조체의 기판 필름(1)이 되는 도 1에 도시된 고분자 필름인 기판 필름(1)은 본 발명에 따른 상기 (a)단계에서 표면처리 되는데 이때 기판필름(1)은 폴리이미드 필름이 대표적으로 사용될 수 있다. 상기 기판 필름(1)의 표면처리는 기판 필름(1)을 형성하는 고분자 필름과 그 위에 적층되는 금속 간의 접착력을 향상하기 위해서 플라즈마 표면처리를 실시한다.

본 발명에 따른 상기 플라즈마 처리의 주된 효과는 먼저, 고분자 표면의 거칠기를 증가시켜 금속과 접촉하는 면적을 증가시켜 접착력을 향상시키는 것과 표면처리를 통해서 고분자 표면의 활성화를 증가시켜 다른 물질과 결합을 잘할 수 있는 상태로 만들어 주는 역할을 한다. 본 발명에 따른 플라즈마 처리는 바람직하기로는 보통 활성기체, 예를 들어 질소, 산소 등으로 표면처리를 할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 연성 회로 기판용 적층 구조체의 제조방법에 있어서, 상기 (b) 단계에서는 표면처리된 고분자 필름 위에 타이층(2)을 Ni-Cr을 스퍼터링 방법으로 먼저 100 내지 300Å의 두께로 증착하여 형성한다.

본 발명의 바람직한 실시형태에 따르면, 상기 타이층(2)은 니켈과 크롬의 합금으로 형성되는데, 특히 Ni의 함량이 80 내지 90%로 되는 Ni-Cr 합금을 사용하는 것이 바람직하다. 만일, Ni의 함량이 80% 미만으로 되면 기판 필름(1)과의 접합력이 떨어져 박리될 우려가 있어 바람직하지 않고, 반대로 Ni의 함량이 90% 이상으로 되면 내굴곡성이 저하하여 바람직하지 않다.

상기와 같이 타이층(2)을 증착한 후 그 위에 구리를 약 1000Å 미만의 두께로 증착한다.

다음으로, 본 발명의 바람직한 실시형태의 방법에 따르면, 스퍼터링에 의해 구리 시드층(3)을 형성한 후 황산구리 및 황산을 기본 물질로 하여 전해도금을 실시하여 전해도금층(4)을 형성하게 되는데, 상기 전해 도금층(4)을 형성할 때에 생산성 및 표면 균일성을 위해서 황산구리 도금액에는 첨가제 및 보정제를 사용한다. 이러한 첨가제 및 보정제의 주성분은 통상적으로 사용할 수 있는 광택제 및 레벌러(Leveller)이다.

본 발명에 따른 레벌러는 음극표면(Cu/Ni-Cr/폴리이미드)에 흡착되며 양극과 거리가 가까운 음극표면, 즉 돌출부에 흡착이 집중되어 전류효율을 낮추어 주므로서 구리의 도금속도를 낮추는 역할을 한다. 또한, 광택제는 음극 표면에 흡착되어 Cu²⁺ 이온의 환원반응에서 촉매 역할을 하여 구리의 도금속도를 증가시키고 결정립이 성장하는 것을 억제하여 균일하고 작은 결정을 형성할 수 있도록 한다.

본 발명의 연성 회로 기판용 적층 구조체의 제조방법에 있어서, 상기 (c) 단계에서는 구리 전해 도금 용액 내에서 적어도 0.5A/dm2 내지 3A/dm2으로 순차적으로 인가전류를 증가시켜 전해 도금하여 Cu 시드층(3)/Ni-Cr 타이층(2)/폴리이미드 기판 필름(1) 상에 구리로 되는 전해 도금층(4)을 형성하게 된다.

본 발명의 연성 회로 기판용 적층 구조체의 제조방법은 부가적으로 상기 단계들 외에 산화방지를 위한 방청제 처리를 포함한 후처리 단계들을 포함할 수도 있다.

상기 본 발명의 바람직한 실시형태에 따라 제조된 본 발명의 연성 회로 기판용 적층 구조체는 우수한 내굴곡성을 가지므로 특히 정보 전송용량이 증가하는 대화면 고화질을 요구하는 LCD TV용 제품에 유효하게 사용될 수 있다.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 보다 상세히 설명하지만, 하기의 실시예는 본 발명이 보다 자세하게 이해되어 지도록 하기 위하여 제공되는 것으로서 본 발명의 범주가 여기에 한정되는 것이 아님은 물론이다.

실시예 1

폴리이미드(Polyimide, Dupont사의 kapton 150EN-C)를 질소 플라즈마로 표면처리 하였다. 이때, 표면처리 파워(power)는 1kW로 하였다.

상기 표면 처리된 폴리이미드 필름에 DC 마그네트론 스퍼터링 방법을 이용하 여 타이층을 Ni-Cr으로 Ni의 조성비가 80%인 제품(순도 99.9% 이상)을 증착하고, 그 후 구리(순도 99.99% 이상) 박막을 증착하였다.

스퍼터링은 비활성 기체인 아르곤 가스를 사용하여 1 x 10^-1 Pa의 진공도를 유지하고 Ni-Cr의 두께는 250Å, 구리는 900Å의 두께로 증착하였다.

상기 폴리이미드층에 순차적으로 증착된 Ni-Cr 층/Cu 층에 황산구리 도금액을 이용하여 전해 도금하여 도금층을 형성하였다. 여기서, 도금액은 Cu²⁺ 농도를 28g/L, 황산 180g/L로 하며 광택제 및 보정제(Atotech사 제품)를 포함하도록 하였다.

전기 도금은 30℃에서 수행하였으며 단계별로 전류를 인가하여 최종 도금 두께는 8.5㎛로 하여 적층 구조체를 제조하였다.

실시예 2

타이층을 Ni-Cr으로 Ni의 조성비가 90%인 제품(순도 99.9% 이상)을 사용하여 증착하는 외에는 실시예 1과 같이 하였다.

비교예 1

타이층을 Ni-Cr으로 Ni의 조성비가 95%인 제품(순도 99.9% 이상)을 사용하여 증착하는 외에는 실시예 1과 같이 하였다.

실험예

상기 각 실시예 및 비교예에 따라 제조된 연성 회로 기판용 적층 구조체의 시편을 내굴곡테스트기를 이용하여 측정하였다. 자세하게는, 구조체의 시편을 지그에 물린 후 지그가 좌우 90도를 왕복 운동하며 50회, 60회, 70회, 80회, 90회, 100회, 150회, 200회 왕복운동시킨 후 시편의 크랙 상태를 광학 현미경으로 측정하였다. 도 2에서 내굴곡성 측정방법 및 시편의 형태를 개략적으로 나타내었다. 상기 측정 결과는 아래 표 1 및 도 3에 나타내었다.

	비교예	실시예 1
50회	10% 발생	미발생
60회	30%이상발생	미발생
70회	50%이상발생	미발생
80회	70%이상발생	미발생
90회	100%발생	미발생
100회	-	10%발생
150회	-	70%발생
200회	-	100%발생

상기 표 1에서 확인할 수 있듯이 Ni 95%인 제품을 사용한 비교예의 경우에는 약 50회에서 크랙이 발생하기 시작하여 90회 이하에서 100% 크랙이 발생하여 내굴곡성이 열악함을 알 수 있으나, 본 발명에 따라 Ni 80%인 제품을 사용한 실시예 1의 경우는 90회까지 크랙이 미발생하며 100회 이상에서 발생하기 시작하여 150회에서 200회 사이에서 크랙이 발생하는 것을 확인할 수 있어 우수한 내굴곡성을 가짐을 알 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따라 제조된 적층 구조체의 단면도이고,

도 2는 본 발명에 따른 내굴곡성 측정 방법을 개략적으로 도시한 도면이고,

도 3은 적층 구조체의 내굴곡성 측정 방법에 의해 시험된 각 구조체의 크랙(Crack) 발생 결과를 나타낸 사진이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : 기판 필름

2 : 타이층

3 : 시드층

4 : 도금층

Claims (6)

1. (a) 고분자 필름을 표면처리 하는 단계;

   (b) 상기 표면 처리된 고분자 필름 표면에 스퍼터링 법을 이용하여 타이층과 금속 시드층으로 되는 전도층을 순차적으로 증착하는 단계; 및

   (c) 상기 전도층이 증착된 고분자 필름 위에 첨가제 및 보정제가 함유되어 있는 도금액을 이용하여 도금층을 형성하는 단계로 구성되고,

   상기 타이층은 Ni의 함량이 80 내지 90%로 되는 Ni-Cr 합금을 사용하여 형성함을 특징으로 하는 내굴곡성이 향상된 연성회로기판용 적층 구조체의 제조방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 고분자 필름은 폴리이미드임을 특징으로 하는 내굴곡성이 향상된 연성회로기판용 적층 구조체의 제조방법.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 (a) 단계에서 고분자 필름 또는 폴리이미드의 표면처리는 플라즈마를 사용하여 수행되는 것임을 특징으로 하는 내굴곡성이 향상된 연성회로기판용 적층 구조체의 제조방법.
4. 제 1항에 있어서, 상기 (b) 단계에서 스퍼터링 법에 의한 증착되는 전도층의 두께는 총 1,000Å 내지 2,000Å이 되도록 함을 특징으로 하는 내굴곡성이 향상된 연성회로기판용 적층 구조체의 제조방법.
5. 제 1항에 있어서, 상기 (c) 단계에서 도금액으로 황산구리 수용액과 첨가제 및 보정제를 사용하여 최소 0.5A/dm2 내지 최대 3A/dm2의 전류밀도가 순차적으로 증가되도록 함을 특징으로 하는 내굴곡성이 향상된 연성회로기판용 적층 구조체의 제조방법.
6. 청구항 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 의해 얻어진 것임을 특징으로 하는 내굴곡성이 향상된 연성회로기판용 적층 구조체.

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