KR20110075526A - 다층 배선판의 절연 필름 제조 방법 - Google Patents

다층 배선판의 절연 필름 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 다층 배선판의 절연층 제조에 관한 것으로, 에폭시를 포함하는 수지를 절연 필름으로 형성하는 단계, 상기 절연 필름을 다층 배선판에 적층하는 단계, 및 상기 절연 필름을 원적외선 히터로 경화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다층 배선판의 절연 필름 제조 방법을 제공함으로써, 전체 공정 시간을 현격히 단축시킬 수 있으며, 통상적인 후경화 공정에서 얻어진 것보다 높은 접착 강도(peel strength)를 얻을 수 있어 기판 상부에 칩이 장착되었을 때 보다 높은 신뢰성을 확보할 수 있으며, 표면 조도가 종래 방식에 의하여 얻어진 경우보다 낮게 나타남에 따라 미세회로 구현을 가능케 할 수 있을뿐더러, 기계적 특성을 증가시켜 장기적인 신뢰성을 확보할 수 있다.
배선판, 원적외선, 후경화, 경화제

Description

다층 배선판의 절연 필름 제조 방법{Method for preparing insulating film for multi-layer printed circuit}
본 발명은 다층 배선판의 절연층 제조에 관한 것이다.
디지털 전자제품의 소형화, 다기능화에 발맞춰 첨단 부품들의 기능 또한 한층 업그레이드 되고있다. 특히, PCB 기판의 경우 고사양에 대응하기 위한 slim화, 고집적화, 미세회로 구현 개발이 진행중에 있다.
여기서 빌드업(Build up) 절연 필름은 PCB내의 내/외층에 사용되고 있으며, 필름의 주재료는 에폭시(Epoxy)이며, 그 밖의 무기 필러(inorganic filler)와 첨가제(additive)가 사용되었다.
절연 필름을 기판 공정에 적용시 필름의 경화를 위한 2단계 경화 공정이 포함되게 되는데, 이 중 2차 단계인 후경화(Postcuring) 시 배치 형태(Batch type)의 박스 오븐(box oven)에서 190℃로 2시간 동안 경화하고 있다. 그러나 이는 공정의 연속성을 저해할 뿐만 아니라 2시간의 공정리드타임 증가라는 핸디캡을 안고 있다.
도 1에서는 통상적인 빌드업 절연 필름이 적용된 공정의 일부의 흐름을 개략적으로 나타낸 것이다. 먼저 진공 증착 공정 이후에 반경화(precure) 공정이 수행 된다. 반경화 상태의 절연 재료 등에 레이저를 이용하여 비아 홀(via hole)이 형성되고, 이어서 디스미어(desmear) 공정이 수행된다.
이후 도금 공정을 거쳐 후경화(postcure) 공정이 수행되는데 일반적으로 박스 오븐을 이용하여 2~3시간 정도의 시간이 소요된다.
그러나, 상기와 같은 통상적인 후경화 공정의 경우에는 공정 전체의 소요 시간이 매우 증가되며, 각 지점마다 경화도가 달라 질 수 있는 문제점도 발생한다. 따라서, 절연 필름을 적용한 경우에 있어서 후경화 공정에 대한 개선이 요구되어 왔다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 균일한 경화도와 전체 공정 시간을 줄일 수 있는 다층 배선판의 절연층 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다층 배선판의 절연 필름 제조 방법은 에폭시를 포함하는 수지를 절연 필름으로 형성하는 단계, 상기 절연 필름을 다층 배선판에 적층하는 단계, 및 상기 절연 필름을 원적외선 히터로 경화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일구체예에서, 상기 상기 절연 필름을 원적외선 히터로 경화하는 단계는 6 분 내지 2시간 동안 수행되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일구체예에서, 상기 절연 필름은 무기 필러 및 경화 촉진제를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일구체예에서, 상기 경화 촉진제는 이미다졸계 화합물인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일구체예에서, 상기 경화촉진제는 2-에틸-4메틸 이미다졸, 1-(2-시아노에틸)-2-알킬 이미다졸, 2-페닐 이미다졸 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일구체예에서, 상기 경화 촉진제는 에폭시 수지 100 중량부에 대 하여 0.1 내지 1 중량부로 포함되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일구체예에서, 상기 상기 절연 필름을 원적외선 히터로 경화하는 단계는 반경화 단계 및 후경화 단계 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 방법을 사용하는 경우, 전체 공정 시간을 현격히 단축시킬 수 있으며, 통상적인 후경화 공정에서 얻어진 것보다 높은 접착 강도(peel strength)를 얻을 수 있다. 따라서, 기판 상부에 칩이 장착되었을 때 보다 높은 신뢰성을 확보할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 제조 방법에서 얻어진 샘플의 경우 표면 조도가 종래 방식에 의하여 얻어진 경우보다 낮게 나타남에 따라 미세회로 구현을 가능케 할 수 있다.
뿐만 아니라 빌드업 절연 필름의 치밀도와 기계적 특성을 증가시켜 장기적인 신뢰성을 확보할 수 있다.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 도면을 참고하여 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다.
그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 2에서는 본 발명에 따른 빌드업 절연 필름이 적용된 개선된 공정의 일부의 흐름을 개략적으로 도시하고 있다.
통상적인 공정에서와 그 순서나 주요 공정은 동일하나, 후경화 공정에서 원적외선 히터를 사용한 것을 특징으로 한다. 원적외선 히터를 사용하는 경우, 통상적으로는 3시간 정도의 시간이 소요되었던 것을 현저하게 감소시킬 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다층 배선판의 절연 필름 제조 방법은 에폭시를 포함하는 수지를 절연 필름으로 형성하는 단계, 상기 절연 필름을 다층 배선판에 적층하는 단계, 및 상기 절연 필름을 원적외선 히터로 경화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 절연 필름을 원적외선 히터를 이용한 후경화에 소요되는 시간은 3분 내지 2시간, 바람직하게는 5 분 내지 1 시간, 보다 바람직하게는 5 분 내지 30분일 수 있다. 상기 후경화 시간이 2시간을 초과하는 경우에는 과도한 경화로 인하여 절연 필름의 접착 강도나 표면 조도 등에 문제가 발생할 수 있으며, 또한 3 분 미만의 경화 시간에서는 충분치 못한 경화로 인한 문제점이 발생할 수 있다.
본 발명에 따른 다층 배선판의 절연 필름 제조 방법에 사용되는 에폭시를 포함하는 수지는, (a) 평균 에폭시 수지 당량이 100 내지 700인 비스페놀 A형 에폭시 수지 5 내지 20중량부, 평균 에폭시 수지 당량이 100 내지 600인 크레졸 노볼락 에폭시 수지 30 내 지 60중량부, 평균 에폭시 수지 당량이 100 내지 500인 고무변성형 에폭시 수지 15 내지 30중량부 및 평균 에폭시 수지 당량이 400 내지 800인 인 계 에폭시 수지 5 내지 20중량부를 포함하여 이루어지는 복합 에폭시 수지; (b) 아미노 트리아진계 경화제; (c) 경화촉진제; 및 (d) 무기 충전제;를 포함하는 에폭시 수지일 수 있다.
본 발명에 사용되는 상기 복합 에폭시 수지는 할로겐을 포함하지 않는 에폭시수지로서, 비스페놀 A형 에폭시 수지, 크레졸 노볼락 에폭시 수지, 고무변성형 에폭시 수지 및 인(phosphorus)계 에폭시 수지를 포함하여 이루어질 수 있고, 여기서, 비스페놀 A형 에폭시 수지는 평균 에폭시 수지 당량이 100 내지 700인 것이 바람직하다. 평균 에폭시 수지 당량이 100 미만이면 원하는 물성을 나타내기 힘들고, 700을 초과하면 용매에 녹기 어렵고 융점이 너무 높아져 제어하기 어렵게 되므로 바람직하지 못하다. 또한, 상기 비스페놀 A형 에폭시 수지는 복합 에폭시 복합 에폭시 수지에서 5 내지 20중량부를 차지하는 것이 바람직하다. 비스페놀 A형 에폭시 수지의 함량이 5 중량부 미만이면 배선재료와의 접착력이 떨어지고, 함량이 20중량부를 초과하면 열적 성질 및 전기적 성질이 저하되어 바람직하지 못하다. 상기 수지는 2-메톡시 에탄올, 메틸에틸케톤(MEK), 데메틸 포름 아마이드(DMF), 메틸셀로 솔브(MCS) 등의 혼합용매에 용해시켜 사용할 수 있다.
노볼락 형태의 에폭시 수지로서 크레졸 노볼락 에폭시 수지를 사용하는데, 이는 내열성이 높은 경화물을 얻을 수 있으며, 형성된 기판의 열적 안정성을 향상시킬 수 있기 때문이다. 크레졸 노볼락 에폭시 수지의 평균 에폭시 수지 당량은 100 내지 600인 것이 바람직하며, 복합 에폭시 수지에서 30 내지 60중량부를 차지한다. 평균 에폭시 수지 당량이 100 미만이면 원하는 물성을 나타내기 힘들고, 600 을 초과하면 용매에 녹기 어렵고 융점이 너무 높아져 제어하기 어렵게 되므로 바람직하지 못하다. 또한 크레졸 노볼락 에폭시 수지의 함량이 30중량부 미만이면 원하는 물성을 얻을 수 없고, 함량이 60중량부를 초과하면 오히려 전기적 기계적 성질이 저하되어 바람직하지 않다. 이는 2-메톡시 에탄올, 메틸에틸케톤(MEK), 데메틸 포름 아마이드(DMF), 메틸셀로솔브(MCS) 등의 혼합용매에 용해시켜 사용할 수 있다.
고무변성형 에폭시 수지는 DGEBA(diglycidyl ether of bisphenol A)와 ATBN(amine terminated butadiene acrylonitrile copolymer)를 혼합하여 얻어질 수 있으며, 평균 에폭시 수지 당량은 100 내지 500인 것이 바람직하다. 평균 에폭시 수지 당량이 100 미만이면 원하는 물성을 나타내기 힘들고, 500을 초과하면 용매에 녹기 어렵고 융점이 너무 높아져 제어하기 어렵게 되므로 바람직하지 못하다. 이 고무변성형 에폭시 수지는 복합 에폭시 수지에서 15 내지 30중량부를 차지하는 것이 바람직한데, 함량이 15중량부 미만이면 원하는 물성을 얻을 수 없고, 함량이 30중량부를 초과하면 절연재료가 부서지기 쉬워 크랙이 발생하므로 바람직하지 않다. 상기 수지는 2-메톡시 에탄올, 메틸에틸케톤(MEK), 데메틸 포름 아마이드(DMF), 메틸셀로솔브(MCS) 등의 혼합용매에 용해시켜 사용할 수 있다.
인(phosporus)계 에폭시 수지는 난연성과 자기 소화성이 우수하다. 인쇄회로기판의 난연성을 부여하기 위하여 인계 에폭시 수지를 첨가할 수 있으며, 할로겐이 함유되지 않아 환경친화적인 난연성 기판을 얻을 수 있다. 상기 인계 에폭시 수지는 평균 에폭시 수지 당량이 400 내지 800인 것이 바람직하다. 평균 에폭시 수지 당량이 400 미만이면 원하는 물성을 나타내기 힘들고, 800을 초과하면 용매에 녹기 어렵고 융점이 너무 높아져 제어하기 어렵게 되므로 바람직하지 못하다. 인계 에폭시 수지는 복합 에폭시 수지에서 5 내지 20중량부를 차지하는 것이 바람직한데, 함량이 5중량부 미만이면 원하는 난연성을 부여하기 어렵고, 함량이 20중량부를 초과하면 전기적 기계적 물성이 저하되어 바람직하지 않다. 상기 수지는 2-메톡시 에탄올, 메틸에틸케톤(MEK), 데메틸 포름 아마이드(DMF), 메틸셀로솔브(MCS) 등의 혼합용매에 용해시켜 사용할 수 있다.
본 발명에 사용되는 경화제는 절연재료의 열적 안정성을 향상시키기 위한 것으로, 본 발명에서는 질소계 화합물을 포함하는 아미노 트리아진계 경화제를 사용하여 난연성이 우수하고 열팽창률이 낮은 우수한 수지 조성물을 얻을 수 있다. 바람직하게는, 상기 경화제는 연화점이 100 내지 150℃이고, 질소함량이 10 내지 30중량%이고,히드록시기 당량이 100 내지 200인 것이 바람직하다.
바람직한 실시예에 따르면, 상기 아미노 트리아진계 경화제는 상기 복합 에폭시 수지의 에폭시기의 혼합 당량에 대하여 0.3 내지 1.5당량비로 혼합되는 것이 바람직하다. 이 범위의 당량비로 혼합되면 경화된 절연층, 즉 기판의 경화도를 임프린팅 공정을 수행하기에 바람직한 정도로 조절할 수 있으며, 기판의 열팽창률을 최대한 줄일수 있다. 당량비가 0.3 미만이면 조성물의 난연성이 떨어지고, 당량비가 1.5를 초과하면 접착성이 저하되고 자장 안정성이 나빠지는 등의 문제가 발생할 수 있어 바람직하지 못하다. 가장 바람직하게는 0.7당량비로 혼합하는 것이 좋다.
본 발명에 사용되는 경화촉진제로는 이미다졸계를 사용할 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니나, 2-에틸-4메틸 이미다졸, 1-(2-시아노에틸)-2-알킬 이미다졸, 2-페닐 이미다졸 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택
되는 적어도 하나를 사용할 수 있다. 여기서, 상기 경화촉진제는 상기 복합 에폭시 수지 100중량부에 대하여 0.1 내지 1중량부로 포함되는 것이 바람직하다. 상기 경화촉진제의 함량이 0.1중량부 미만이면 경화속도가 현저히 떨어지고 미경화가 일어날 수 있으며 임프린팅 공정에서 이형시 문제가 발생할 수 있고, 함량이 1중량부를 초과하면 속경화가 일어나 임프린팅 공정시 패턴이 전사되지 않을 수 있다.
이외에도 추가적으로 난연보조제를 첨가하여 가격이 상대적으로 높은 인계 난연성 에폭시 수지의 함량을 낮출 수 있다. 이러한 난연보조제로 인이 함유되어 있는 Al2O3와 같은 화합물을 사용할 수 있다.
본 발명에 사용되는 무기 충전제는 에폭시 수지만으로 이루어진 경화물에서 기계적 강도와 같이 부족한 물성을 보강하기 위하여 첨가하는 것으로, 일반적으로 사용되는 전기 절연성 물질을 사용할 수 있다. 구체적으로 예를 들면, 바륨 티아튬 옥사이드(barium tiatanum oxide), 바륨 스트론튬 티타네이트(barium strontium titanate), 타타늄 옥사이드(titanium oxide), 리드 지르코늄 티타네이트(lead zirconium titanate), 리드 란타늄 지르코네이트 티타네이트(lead lanthanium zirconate titanate), 림 마그네슘 니오베이트-리드 티아타네이트(leammagnesium niobate-lead tiatanate), 은, 니켈, 니켈-코팅 폴리머 스페어(nickel-coated polymer sphere), 금-코팅 폴리머 스페어(gold-coated polymer sphere), 틴 솔 더(tin solder), 그라파이트(graphite), 탄탈륨 니티드(tantalum nitides), 메탈 실리콘 니트라이드(metal silicon nitride), 카본블랙, 실리카, 그레이(clay) 및 알루미늄 보레이트(aluminum borate)로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 무기물을 사용할 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.
여기서, 상기 무기 충전제는 상기 복합 에폭시 수지 100중량부에 대하여 20 내지 50중량부로 포함되는 것이 바람직하다. 무기 충전제의 함량이 20중량부 미만이면 원하는 기계적 물성의 향상을 기대하기 어렵고, 함량이 50 중량부를 초과하면 상분리가 일어날 수 있어 바람직하지 않다.
이와 같은 무기 충전제는 에폭시 수지와의 화학결합을 통하여 친화성을 높일 수 있도록 실란 커플링제를 이용하여 표면 처리한 것을 사용할 수 있다. 이러한 실란 커플링제로는 아미노계, 에폭시계, 아크릴계, 비닐계 등의 다양한 종류가 있으며, 그 종류에 제한없이 사용될 수 있다. 또한, 상기 무기 충전제로서 크기가 서로 다르고 구형의 충전제를 사용함으로써 수지 조성물 내에서의 흐름성을 증가시킬 수 있으며, 경화 후 패킹 밀도를 높여 열적, 기계적 물성을 향상시킬 수 있다
또한, 본 발명의 일구체예에서 상기 상기 절연 필름을 원적외선 히터로 경화하는 단계는 반경화 단계 및 후경화 단계 중 어느 하나 또는 둘 모두일 수 있다.
표 1에서는 본 발명에 따라 원적외선 히터를 사용하여 6 분간 후경화시킨 6 개의 샘플과 통상적인 오븐 박스에서 2시간 동안의 후경화를 실시한 6 개의 샘플에 서 측정한 접착 강도(peel strength)가 나타나 있다.
원적외선 히터(6분 가열) 박스 오븐(2시간 가열)
샘플 1 1.04653 kgf/cm 0.80754 kgf/cm
샘플 2 1.06401 kgf/cm 0.81996 kgf/cm
샘플 3 0.97575 kgf/cm 0.82009 kgf/cm
샘플 4 0.90368 kgf/cm 0.77156 kgf/cm
샘플 5 0.88203 kgf/cm 0.75846 kgf/cm
샘플 6 0.92012 kgf/cm 0.72381 kgf/cm
최대강도 1.06401 kgf/cm 0.82009 kgf/cm
최소강도 0.88203 kgf/cm 0.72381 kgf/cm
평균 0.965353333 kgf/cm 0.78357 kgf/cm
표준편차 0.076450392 0.038932026
상기 표에서도 알 수 있듯이 동일한 절연 필름을 사용하고 단지 후경화 단계만을 달리 실시함에 있어서도, 본 발명의 방법에 따라 경화된 절연 필름의 접착 강도가 통상적인 박스 오븐에서의 경화보다 상당히 높게 나타남을 알 수 있다. 이는 본 발명에 따른 절연필름이 형성된 기판의 상부에 칩이 장착되었을 때 보다 높은 신뢰성을 확보할 수 있음을 보여준다. 상기 표 1에서 나타난 결과를 도 3에서 그래프로 도시하였다.
하기 표 2에서는 본 발명에 따라 원적외선 히터를 사용하여 6 분간 후경화시킨 6 샘플과 통상적인 오븐 박스에서 2시간 동안의 후경화를 실시한 샘플에서 측정한 표면 조도가 나타나 있다.
원적외선 히터(6 분간 가열) 박스 오븐(2시간 가열)
Ra Rz Rmax Ra Rz Rmax

샘플 1		 0.24 1.59 2.44 0.29 1.96 2.8

샘플 2		 0.23 1.53 1.87 0.29 2.03 3.23

샘플 3		 0.24 1.64 2.47 0.28 1.88 2.49

샘플 4		 0.23 1.52 1.93 0.3 1.95 2.72

샘플 5		 0.23 1.42 1.93 0.31 2.03 2.72

평균		 0.234 1.54 2.128 0.294 1.97 2.792
상기 표 2에 나타난 결과에서 알 수 있듯이, 본 발명에 따라 원적외선 히터로 후경화 시킨 샘플이 통상적인 박스 오븐에서 후경화된 샘플보다 표면 조도가 낮음을 알 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 제조 방법의 경우가 기판 상의 회로 형성 에 보다 정밀한 미세회로 구현이 가능함을 보여준다.
또한, 도 4에서는 본 발명에 따라 제조된 절연필름과 통상적인 방법에 따라 제조된 절연 필름의 표면 SEM 사진이다.
상기 도 3에서도 알 수 있듯이 동일 조건 하에서 적외선 히터를 사용하여 6분간 후경화 단계를 진행한 샘플의 조직(morphology)이 종래 방식에서보다 치밀하게 나타나고 있다. 이는 절연 필름의 기계적 특성을 증가시켜 실제품 적용시 신뢰성을 향상 시킬 수 있음을 의미한다.
이상 본 발명의 제조방법을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명에 따른 기판의 제조방법은 상기 설명에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다고 할 것이다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.
도 1은 종래기술에 따른 공정 흐름을 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 투명 전도성 필름의 제조방법의 각 단계를 개략적으로 도시한 것이다.
도 3은 본 발명에 따라 후경화된 절연 필름 및 통상적인 방법으로 후경화된 절연 필름의 접착 강도를 비교한 그래프이다.
도 4는 본 발명에 따라 후경화된 절연 필름의 표면 및 통상적인 방법으로 후경화된 절연 필름의 표면의 SEM 사진이다.

Claims (7)

  1. (A) 에폭시를 포함하는 수지를 절연 필름으로 형성하는 단계;
    (B) 상기 절연 필름을 다층 배선판에 적층하는 단계; 및
    (C) 상기 절연 필름을 원적외선 히터로 경화하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 다층 배선판의 절연 필름 제조 방법.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 (C) 단계는 6 분 내지 2시간 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 다층 배선판의 절연 필름 제조 방법.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 절연 필름은 무기 필러 및 경화 촉진제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다층 배선판의 절연 필름 제조 방법.
  4. 청구항 3에 있어서, 상기 경화 촉진제는 이미다졸계 화합물인 것을 특징으로 하는 다층 배선판의 절연 필름 제조 방법.
  5. 청구항 3에 있어서, 상기 경화촉진제는 2-에틸-4메틸 이미다졸, 1-(2-시아노에틸)-2-알킬 이미다졸, 2-페닐 이미다졸 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 다층 배선판의 절연 필름 제조 방법.
  6. 청구항 3에 있어서, 상기 경화 촉진제는 에폭시 수지 100 중량부에 대하여 0.1 내지 1 중량부로 포함되는 것을 특징으로 하는 다층 배선판의 절연 필름 제조 방법.
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 (c) 단계는 반경화 단계 및 후경화 단계 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 다층 배선판의 절연 필름 제조 방법.
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