KR20110100853A - Metal clad and method for manufacturing the same that have high bond strength by low pressure ultrasonic vibration rolling - Google Patents
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Abstract
본 발명은 PCB, FPCB 또는 각종 전자 재료에 사용될 수 있는 금속과 금속 클래드재의 제조방법에 관한 것으로, 상세하게는 금속과 금속 클래드재의 접합강도를 연속 양산 공정에서 혁신적으로 증대시킬 수 있는 제조방법을 제공한다.
본 발명은, 연속 양산 진공 플라즈마 처리에 의한 클래드재 제조공정 중 연속 초음파 롤링(Rolling) 공정에 의한 향상된 접합강도를 가지는 금속 클래드재를 제조하는 방법에 있어서, 압연롤 내부에 초음파 진동을 발생시키기 위한 압전소자를 설치하여 플라즈마 표면 처리 된 클래드 소재가 압연 롤을 통과할 때 압연 롤의 초음파 진동으로 인해 이러한 에너지가 소재의 계면에 전달되고 소재간 원자 원자 결합에 있어서 활성화 에너지를 낮추어 줌으로 인해 원자-원자간 접합강도가 향상되는 것을 특징으로 한다.
아울러, 본 발명의 클래드재의 재료는 구리(Cu), 은(Ag), 금(Au), 니켈(Ni), 알루미늄(Al) 중에서 선택된 것을 특징으로 하는 연속 저압 초음파 압연공정에 의해 향상된 접합강도를 가지는 금속 클래드재를 제조하는 방법임을 특징으로 한다. The present invention relates to a method for manufacturing a metal and metal clad material that can be used for PCB, FPCB or various electronic materials, and more particularly, to provide a manufacturing method that can innovatively increase the bonding strength of metal and metal clad material in a continuous mass production process. do.
The present invention is a method for producing a metal clad material having an improved bonding strength by a continuous ultrasonic rolling process of the clad material manufacturing process by a continuous mass production vacuum plasma treatment, for generating ultrasonic vibration inside the rolling roll When the piezoelectric element is installed, the plasma surface-treated clad material passes through the rolling rolls, and this energy is transmitted to the interface of the rolling rolls due to the ultrasonic vibration of the rolling rolls and lowers the activation energy in the atomic atom bonding between the materials. It is characterized in that the bonding strength between atoms is improved.
In addition, the material of the cladding material of the present invention is improved bonding strength by a continuous low pressure ultrasonic rolling process, characterized in that selected from copper (Cu), silver (Ag), gold (Au), nickel (Ni), aluminum (Al). Eggplant is characterized in that the method for producing a metal clad material.
Description
본 발명은 PCB, FPCB 또는 각종 전자 재료에 사용될 수 있는 금속과 금속 클래드재의 제조방법에 관한 것으로, 상세하게는 진공 중에서 표면처리에 의한 금속과 금속 클래드재의 접합강도를 연속 양산 공정에서 혁신적으로 증대시킬 수 있는 제조방법을 제공한다. The present invention relates to a method of manufacturing a metal and metal clad material that can be used in PCB, FPCB or various electronic materials, and more particularly, to improve the bonding strength of metal and metal clad material by surface treatment in vacuum in a continuous mass production process. It provides a manufacturing method that can be.
다층인쇄회로기판과 같은 전자부품에는 서로 기능이 다른 금속을 다층으로 구성해야 할 기능적 특징을 가지고 있고, 일례로 전기가 통하기 위한 전도 층, 두 개의 박판 사이에서 한쪽 박판의 에칭 공정 시 다른 한쪽 박판의 에칭을 막기 위한 스톱 층이 존재할 수 있다. 이러한 박판이 다층으로 구성된 클래드재는 여러 가지 방법에 의해 제작 되고 있으나, 전자제품이 소형화, 다기능화되면서 박판의 두께가 수㎛단위로 얇아지고, 요구되는 기계적 특성이 높아지면서 이를 만족시키는 다층 클래드재 제조를 위해 최근에는 진공 중에서 금속을 표면 처리하여 얇은 소재의 두께 변화(압하율 1% 미만)없이 접합시키는 제조방법들이 상용화되고 있다. Electronic components such as multilayer printed circuit boards have the functional characteristics to be composed of metals having different functions from each other, for example, a conductive layer for conducting electricity, and a thin film on the other sheet during an etching process between two thin plates. There may be a stop layer to prevent etching. Clad material composed of multiple thin plates is manufactured by various methods, but as electronic products are miniaturized and multifunctional, the thickness of the thin plates becomes thinner by several μm, and the multilayered cladding materials satisfying the required mechanical properties are increased. Recently, manufacturing methods have been commercialized in which a metal is subjected to a surface treatment in a vacuum to be bonded without a change in thickness of a thin material (less than a 1% reduction ratio).
상기와 같이 제조된 클래드재는 각각의 접합된 금속 층이 다층회로기판에서 그 기능을 수행하기 위해서는 반복되는 굽힘, 생활 충격 등에 견디어 금속 층간 견고한 접합강도를 유지해야만 하고 그 접합강도 기준은 사용되는 전자부품의 환경에 따라 더욱 높아질 수 있다.The clad material manufactured as described above must maintain a strong bond strength between metal layers against repeated bending and life impact in order for each bonded metal layer to perform its function in a multilayer circuit board. Can be even higher depending on the environment.
이러한 접합강도를 높이기 위해 기존의 진공 중에서 금속을 표면 처리하여 접합시키는 제조방법(공지기술 특 2003-0087755)의 공정 조건은 대표적으로 1. 플라즈마 조건 2. 진공 조건 3. 클래드 속도 4.압연 롤 프레스 압력으로 표현될 수 있다. 그러나,In order to increase the bonding strength, the process conditions of the manufacturing method (surface technology) 2003-0087755 in which a metal is surface-bonded in a conventional vacuum are typically 1. plasma condition 2. vacuum condition 3. clad speed 4. rolling roll press Can be expressed in pressure. But,
1. 플라즈마 조건은 너무 강하게 할 때 금속 파티클 등의 재 오염에 의해 접합강도가 낮아질 수 있고, 1. If the plasma conditions are too strong, the bonding strength may be lowered by recontamination of metal particles, etc.
2. 진공조건의 경우 진공도가 높으면 높을수록 강도를 높일 수 있으나, 플라즈마가 생성되기 위해 10-3Torr의 진공도 밖에 구현할 수 없으며,2. In the case of vacuum condition, the higher the degree of vacuum, the higher the intensity, but only a vacuum of 10 -3 Torr can be realized to generate plasma.
3. 클래드 속도의 경우 가능한 늦으면 압연롤 부분에 머무르는 시간이 많아서 접합강도가 좋으나 반대로 플라즈마에 너무 오래 조사되어 소재변형의 큰 문제가 있고, 3. In the case of the cladding speed, as long as possible, the bonding strength is good because there is a lot of time to stay in the rolling roll.
4. 압연롤 프레스 압력의 경우, 압연롤 프레스 압력의 증대로 인한 접합강도의 증가가 있을 수 있으나, 수~수십㎛의 극박 소재를 클래딩 하기 때문에 그 효과는 미비할 수밖에 없다.
4. In the case of the rolling roll press pressure, there may be an increase in the bonding strength due to the increase in the rolling roll press pressure, but the effect is insignificant because the cladding of ultrathin materials of several tens to several micrometers is clad.
또한, 2번 진공조건 공정의 경우 플라즈마 처리를 수행하는 챔버와 압연롤을 처리하는 챔버를 분리하여 진공도를 다르게 함으로써(압연롤 처리부분의 진공도를 훨씬 높임으로써) 접합강도를 높일 수 있는 방법이 있으나 설계 시 진공장비 등의 추가로 비용이 많이 들고, 압연롤 부분에 높은 진공도를 항상 유지하여야 하는 문제점이 존재하였다. In addition, in the case of the second vacuum condition process, there is a method of increasing the bonding strength by separating the chamber for performing the plasma treatment and the chamber for processing the rolling roll to vary the degree of vacuum (by increasing the vacuum degree of the rolled portion). In the design, there is a problem in that it is expensive to add a vacuum equipment and the like and always maintains a high degree of vacuum in the rolling roll part.
또한 연속 열처리에 의해 향상된 접합강도를 가지는 금속 클래드재를 제조하는 방법 (특허출원 10-2009-0021148)의 경우 롤링(Rolling) 후 가이드 롤러(Roller) 부분에서 연속 열처리를 통해 확산에 의한 접합강도를 향상시키는 방법이 있으나 일부 클래드 소재의 경우 열처리에 의한 확산 층 (Intermetallic Layer)이 생겨 이러한 확산 층이 접합강도 향상에는 유리하나 응용분야에는 나쁜 영향을 미칠 수도 있다.In addition, in the case of manufacturing a metal clad material having an improved bonding strength by continuous heat treatment (Patent application 10-2009-0021148) after the rolling (Rolling) through the continuous heat treatment in the guide roller (Roller) after the bonding strength by diffusion Although some clad materials have an intermetallic layer due to heat treatment, such a diffusion layer is advantageous for improving bonding strength but may adversely affect the application field.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 진공 중에서 금속을 표면 처리하여 접합시키는 제조방법에 있어서, 기존의 설비에 간단한 장치를 추가함으로써 연속 양산공정에서 획기적으로 금속 클래드재의 접합강도를 향상시키는 제조방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다. The present invention in the manufacturing method for bonding the surface of the metal in a vacuum in order to solve the problems of the prior art as described above, by adding a simple device to the existing equipment to dramatically improve the bonding strength of the metal clad material in the continuous production process It aims to provide a manufacturing method.
본 발명은, 연속 양산 진공 플라즈마 처리에 의한 클래드재 제조공정 중 연속 저압 초음파 진동 압연에 의해 향상된 접합강도를 가지는 금속 클래드재를 제조하는 방법에 있어서, 초음파 진동을 위한 압전소자를 소재가 클래딩 되는 압연 롤 내부에 장착함으로써 표면 처리되어 표면 원자가 활성화된 소재가 압연 롤을 통과 시 초음파 진동에 의해 표면 원자들이 더욱 활성화되어 접합이 되기 위한 활성화 에너지를 낮추기(원자간 거리를 가깝게 하여 쉽게 원자가 결합이 이루어질 수 있기) 때문에 접합강도가 향상되는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a method of manufacturing a metal clad material having an improved bonding strength by continuous low pressure ultrasonic vibration rolling in a clad material manufacturing process by a continuous mass production vacuum plasma treatment, wherein the material is clad with a piezoelectric element for ultrasonic vibration. By mounting inside the roll, the surface-activated surface atoms are activated by ultrasonic vibration when the surface atoms are activated and passed through the rolling roll to lower the activation energy for bonding. It is characterized in that the bonding strength is improved.
아울러, 본 발명은 클래드재의 재료는 구리(Cu), 은(Ag), 금(Au), 니켈(Ni), 알루미늄(Al) 중에서 선택된 것을 특징으로 하는 연속 저압 초음파 롤링(Rolling)에 의해 향상된 접합강도를 가지는 금속 클래드재를 제조하는 방법임을 특징으로 한다. In addition, the present invention, the material of the clad material is improved bonding by continuous low pressure ultrasonic rolling (Rolling), characterized in that selected from copper (Cu), silver (Ag), gold (Au), nickel (Ni), aluminum (Al). It is characterized in that the method for producing a metal clad material having a strength.
본 발명에 따른, 연속양산 진공 플라즈마 클래드재 제조 공정에서 연속 저압 초음파 롤링(Rolling) 공정에 의해 두 클래드 구성요소의 접합강도를 향상시키는 제조방법은, 별도의 공정의 추가 없이 압연 롤(Roll) 부분에서 클래드재 제작과 동시에 초음파 진동에 의한 강도 향상이 이루어지기 때문에 공정을 단축하고 열처리와 같은 후 공정을 하지 않기 때문에 접합 소재 계면에 발생하는 금속간 화합물 층(Intermetallic Layer)이 발생하지 않아 고주파 영역에서 사용되는 전자 재료에 있어서 Signal Loss를 줄일(에너지 Loss 감소에 의한 동일 배터리에서 장시간 사용)수 있는 효과를 가진다.According to the present invention, the manufacturing method for improving the bonding strength of the two cladding components by the continuous low pressure ultrasonic rolling process in the continuous production vacuum plasma cladding material manufacturing process, the rolling roll portion without the addition of a separate process As the cladding is fabricated at the same time, the strength is improved by ultrasonic vibration, which shortens the process and does not perform post-processing such as heat treatment. Therefore, the intermetallic layer does not occur at the interface of the bonding material. It has the effect of reducing the signal loss (used for a long time in the same battery by reducing the energy loss) in the electronic materials used.
도 1은 인쇄 회로기판 적용을 위한 연속 양산 진공 플라즈마 처리에 의한 금속-금속 클래드재 제조공정에서 연속 초음파 진동 압연 롤 적용에 의해 향상된 접합강도를 가지는 금속 클래드재를 제조하는 방법의 개략도이다.
도 2는 인쇄 회로기판 적용을 위한 연속 양산 진공 플라즈마 처리에 의한 금속-금속 클래드재 제조공정에서 연속 초음파 진동 압연 롤을 적용하지 않을 때 원자간 결합 개념을 설명하기 위한 개략도이다.
도 3은 인쇄 회로기판 적용을 위한 연속 양산 진공 플라즈마 처리에 의한 금속-금속 클래드재 제조공정에서 도 2와 비교하여 연속 초음파 진동 압연 롤을 적용하여 접합강도가 향상되는 원자간 결합 개념을 설명하기 위한 개략도이다.1 is a schematic diagram of a method of manufacturing a metal clad material having an improved bonding strength by applying a continuous ultrasonic vibration rolling roll in a metal-metal clad material manufacturing process by a continuous mass production vacuum plasma treatment for a printed circuit board application.
FIG. 2 is a schematic diagram illustrating the concept of interatomic bonding when a continuous ultrasonic vibrating rolling roll is not applied in a metal-metal clad material manufacturing process by a continuous mass production vacuum plasma treatment for a printed circuit board application.
FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating an atomic bonding concept in which bonding strength is improved by applying a continuous ultrasonic vibration rolling roll as compared to FIG. 2 in a metal-metal clad material manufacturing process by a continuous mass production vacuum plasma treatment for a printed circuit board application. Schematic diagram.
본 발명에 따른 방법에 사용되는 인쇄회로기판에 적용된 금속과 금속 클래드재의 연속 양산공정에서 열처리에 의한 접합강도를 향상시키기 위한 제조공정 장치는, 연속 양산 진공 플라즈마 처리 후 압연공정에서 금속과 금속이 클래드 됨과 동시에 압연 롤에 장치된 초음파 진동 장치가 압연 롤을 미세 진동시키기 때문에 전 플라즈마 처리공정에서 표면 원자들이 활성화된 클래드 소재가 초음파 진동하는 압연 롤에 의해 눌러질 때 한층 더 접합강도가 향상되어 질 수 있다.
The manufacturing process apparatus for improving the bonding strength by heat treatment in the continuous mass production process of metal and metal clad material applied to the printed circuit board used in the method according to the invention, the metal and metal clad in the rolling process after the continuous mass production vacuum plasma treatment At the same time, the ultrasonic vibration device mounted on the rolling roll finely vibrates the rolling roll, and thus the bonding strength can be further improved when the clad material having surface atoms activated by the ultrasonic roll is pressed by the ultrasonic roll in the whole plasma treatment process. have.
이하에서, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, preferred embodiments of the present invention will be described in detail.
도 1은 다층인쇄 회로기판 적용을 위한 연속진공 플라즈마처리에 의한 금속-금속 클래드재 제조 공정에서 연속 저압 초음파 진동 압연적용에 의한 접합강도 향상 방법을 설명하기 위한 개략도이다. 1 is a schematic diagram illustrating a method for improving bonding strength by applying continuous low pressure ultrasonic vibration rolling in a metal-metal clad material manufacturing process by continuous vacuum plasma treatment for a multilayer printed circuit board application.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 금속-금속 클래드 재료의 연속 저압 초음파 진동 압연에 의한 접합강도 향상 방법은, (1)부분과 (2)부분에서 연속적으로 플라즈마 처리되어 표면이 활성화된 각 소재들이 압연 롤(3) 부분에서 초음파 진동과 동시에 압연을 함으로써 접합강도는 향상시키면서 열처리 공정에서 발생하는 금속간 화합물 층 (Intermetallic Layer)이 형성되지 않은 클래드 소재를 제조할 수 있다. Referring to FIG. 1, in the method of improving bonding strength by continuous low pressure ultrasonic vibration rolling of a metal-metal clad material according to an embodiment of the present invention, the surface is activated by continuously plasma treatment in (1) and (2) parts. Each material is rolled at the same time as the ultrasonic vibration in the rolling roll (3) to improve the bonding strength while producing a clad material without the intermetallic layer (Intermetallic Layer) formed in the heat treatment process.
도 2와 3을 참조하면, 도 2의 경우 초음파 진동 압연 롤이 적용되지 않은 경우를 나타내고 있다. 초음파 진동 압연 롤이 적용되지 않은 기존의 시스템인 도 2를 구체적으로 설명하면 표면에 산화물 등 오염된 물질을 플라즈마로 제거하고 활성화된 원자들을 자발적으로 접합시키기 위해 상호 원자가 일정거리로 가까워질 수 있도록(표면 조도를 극복하여 원자간 거리라 인력이 작용하는 거리로 만들기 위해)압연을 실시하게 되는데 도 2에 나타낸 것과 같이 압연에 의해 원자간 거리가 가까워 지지만 자발적 원자간 인력에 의해 접합될 수 있는 최소거리만큼 다가가지 못한 원자들은 원자간 접합이 이루어 지지 못하고, 이런 원자들의 수가 많을수록 접합력은 떨어지게 된다. 도 3은 도 2와 같은 힘으로 압연을 수행할 때 압연 롤에 초음파 진동이 발생하게 만든 장치로 초음파 진동에 의해 도 2에서 압연 시 자발적 원자간 인력에 의해 접합될 수 있는 최소거리까지 도달하지 못한 원자들을 활성화시켜 원자간 인력이 발생할 수 있는 거리에 이를 수 있도록 도움을 준다. 따라서 도 3과 같이 저압 초음파 진동 압연에 의해 동일 표면처리 활성화 압연 조건에서 보다 많은 원자간 결합이 이루어질 수 있도록 하여 접합 강도를 향상시킬 수 있다.2 and 3, in the case of Figure 2 shows an ultrasonic vibration rolling roll is not applied. Referring to FIG. 2, which is a conventional system without ultrasonic vibrating rolling rolls, to remove contaminants such as oxides on the surface with plasma and to make the atoms close to each other in order to spontaneously join activated atoms ( Rolling is carried out to overcome the surface roughness to make the distance between the atoms and the attraction force. As shown in FIG. Atoms that don't get as close as they can't do, and the larger the number of these atoms, the less the bond. FIG. 3 is a device that causes ultrasonic vibration to occur in a rolling roll when rolling is performed with the same force as in FIG. 2, and may not reach the minimum distance that can be joined by spontaneous atomic attraction during rolling in FIG. 2 by ultrasonic vibration. By activating the atoms, they help to reach the distances at which interatomic attraction can occur. Therefore, as shown in FIG. 3, the bonding strength can be improved by allowing more atomic bonding to be made under the same surface treatment activated rolling conditions by the low pressure ultrasonic vibration rolling.
상기 연속 양산 진공 플라즈마 처리에 의한 금속-금속 클래드재의 제조 공정 중 본 발명에 의한 연속 저압 초음파 진동 압연 처리에 의한 방법은 활성화된 표면 원자간 진동촉진에 의한 접합강도 향상을 위해 각 금속 소재에 따라 100W∼5000W 출력으로 진동 처리하는 것이 바람직하다. 따라서, 상기 연속 저압 초음파 진동 압연 방법에 적용된 압전 소자가 삽입된 압연 롤의 진동 출력은 100W∼5000W 인 것이 바람직하다.
The method of the continuous low pressure ultrasonic vibration rolling process according to the present invention in the manufacturing process of the metal-metal clad material by the continuous mass production vacuum plasma treatment is 100W according to each metal material to improve the bonding strength by promoting the surface atomic vibrations activated It is preferable to vibrate with a -5000W output. Therefore, it is preferable that the vibration output of the rolling roll in which the piezoelectric element applied to the said continuous low pressure ultrasonic vibration rolling method is inserted is 100W-5000W.
본 발명은, 상기 연속 초음파 진동 압연 방법에서 클래드 되는 이종재료는 구리(Cu), 은(Ag), 금(Au), 니켈(Ni), 알루미늄(Al) 중에서 선택된 것을 특징으로 하는 방법을 제공한다. 초음파 진동 압연 공정의 특성상 열처리되는 금속의 성분이 구리(Cu), 은(Ag), 금(Au), 니켈(Ni), 알루미늄(Al) 중에서 선택된 것을 특징으로 하는 방법이 바람직하다.
The present invention provides a method characterized in that the different material clad in the continuous ultrasonic vibration rolling method is selected from copper (Cu), silver (Ag), gold (Au), nickel (Ni), and aluminum (Al). . Due to the characteristics of the ultrasonic vibrating rolling process, a component of the metal to be heat-treated is preferably selected from copper (Cu), silver (Ag), gold (Au), nickel (Ni), and aluminum (Al).
상기 클래드재는 연성인쇄회로기판(Flexible printed circuit board) 또는 다층인쇄회로기판(Multi layer printed circuit board)의 내부회로를 구성하는 전도성 금속 층으로 사용된다.The clad material is used as a conductive metal layer constituting an internal circuit of a flexible printed circuit board or a multi layer printed circuit board.
즉, 회로 기판의 사용에 있어서, 물리적 화학적으로 일정한 금속 패턴을 만들고 그것을 전도성 회로로 구성하여 전기소자를 구동할 때 금속 패턴의 기본이 되는 금속 층을 형성하는데 사용된다. That is, in the use of a circuit board, it is used to form a metal pattern which is the basis of the metal pattern when driving an electric element by making a physically chemically constant metal pattern and configuring it as a conductive circuit.
Claims (4)
압연 롤과 접합될 수 있는 부분에 초음파 진동을 발생시킬 수 있는 압전 소자를 압연 롤 내부 또는 외부에 포함하는 압연 롤을 플라즈마 처리 장치 뒤에 장치하고,
플라즈마 처리에 의해 표면 활성화된 클래드재가 연속적으로 초음파 진동 압연 롤을 통과하면서 활성화된 클래드재의 표면이 초음파 진동 압연 롤러로부터 압연압력을 받는 동시에 초음파 진동을 받아 접합강도가 향상되는 것을 특징으로 하는 연속 저압 초음파 진동 압연에 의해 향상된 접합강도를 가지는 금속 클래드재를 제조하는 방법.In the method of manufacturing a metal clad material by a continuous mass production vacuum plasma treatment,
A rolling roll including a piezoelectric element capable of generating ultrasonic vibrations in a portion that can be joined with the rolling roll inside or outside the rolling roll is provided behind the plasma processing apparatus,
Continuous low pressure ultrasonic waves, characterized in that the surface of the clad material activated by the plasma treatment continuously passes through the ultrasonic vibration rolling rolls, the surface of the activated clad material receives the rolling pressure from the ultrasonic vibration rolling rollers and at the same time receives the ultrasonic vibration to improve the bonding strength. A method for producing a metal clad material having improved bonding strength by vibratory rolling.
상기 초음파 진동의 출력은 100~5000W인 것을 특징으로 하는 연속 저압 초음파 진동 압연에 의해 향상된 접합강도를 가지는 금속 클래드재를 제조하는 방법.The method of claim 1,
The output of the ultrasonic vibration is a method of producing a metal clad material having an improved bonding strength by continuous low pressure ultrasonic vibration rolling, characterized in that 100 ~ 5000W.
상기 클래드재의 재료는 구리(Cu), 은(Ag), 금(Au), 니켈(Ni), 알루미늄(Al) 중에서 선택된 것을 특징으로 하는 연속 저압 초음파 진동 압연에 의해 향상된 접합강도를 가지는 금속 클래드재를 제조하는 방법.The method of claim 1,
The material of the clad material is a metal clad material having an improved bonding strength by continuous low pressure ultrasonic vibration rolling, characterized in that selected from copper (Cu), silver (Ag), gold (Au), nickel (Ni), aluminum (Al). How to prepare.
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|---|---|---|---|---|
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2010
- 2010-03-05 KR KR1020100019906A patent/KR101180876B1/en active IP Right Grant
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