KR20130001923A - 세미-애디티브용 연성 구리 박막 적층 필름 및 그 제조방법 - Google Patents

세미-애디티브용 연성 구리 박막 적층 필름 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 세미-애디티브용 연성 구리 박막 적층 필름 및 그 제조방법에 대한 것으로, 상기 본 발명의 세미-애디티브용 연성 구리 박막 적층 필름의 제조방법은 고분자인 폴리이미드(Polyimide) 필름을 사용하여 연성 구리 박막 적층 필름을 제조하는 방법에 있어서, 상기 방법은 (1) 상기 폴리이미드 필름을 진공 상태에서 플라즈마 처리를 하여 표면 화학적 활성, 표면 클리닝(Cleaning), 거칠기 향상을 통하여 폴리이미드 필름과 금속 및 폴리이미드 필름과 포팅 수지와의 접착력을 확보하는 단계; (2) 상기 플라즈마 처리 후의 폴리이미드 필름 위에 물리기상증착법(PVD)인 스퍼터링(Sputtering) 방식을 이용하여 비전도성 폴리이미드 필름 표면에 전도층 역할을 하는 타이(Tie) 층(Ni-Cr)과 시드(Seed) 층(Cu)을 순차적으로 진공 증착하는 단계; 및 (3) 상기 전도층이 증착된 폴리이미드 필름에 첨가제 및 보정제의 농도를 일정량으로 유지하여 전착시키는 단계를 포함하며, 상기 (1) 단계의 플라즈마 처리는 RF 플라즈마를 사용하여 표면을 개질하며, 투입 가스로 Ar 및 O2 가스를 사용하며 이때 Ar의 비율이 25 내지 75%으로 하여 사용함을 특징으로 한다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 세미-애디티브용 연성 구리 박막 적층 필름 및 그 제조방법은 특정한 조건으로 폴리머 필름을 플라즈마 처리함에 의해 세미-애디티브 방식에 사용되는 FCCL의 패턴 형성 및 칩 실장 후 포팅 공정이 완료된 후 타이 층과 필름과의 접착력 및 에칭 후 포팅 수지와 필름과의 접착력이 우수하게 확보되어 마이그레이션이 발생할 수 있는 공간을 근절하여 고온 습윤 및 전계 환경에서도 패턴 사이의 마이그레이션 현상이 발생하지 않게 하여 종래의 문제점을 완전하게 해결하였다.

Description

세미-애디티브용 연성 구리 박막 적층 필름 및 그 제조방법{Flexible copper clad laminate film for semi-additive and method for preparing the same}
본 발명은 세미-애디티브용 연성 구리 박막 적층 필름 및 그 제조방법에 대한 것으로, 더욱 자세하게는 LCD용 드라이버(Driver) IC에 사용되는 미세 회로 전용의 COF(Chip on Film)의 주재료로서 진공 상태에서 활성 가스 O2와 불활성 가스 Ar을 이용하여 폴리머 필름(Polymer Film)에의 RF 플라즈마 처리를 통하여 Cu 패턴(pattern)과 범프(Bump) 및 칩을 외부환경으로부터 보호해 주기 위한 에폭시계의 포팅 수지(Potting Resin)와 Cu 패턴 자체의 접착력을 우수하게 확보함으로써 Cu의 마이그레이션(Migration) 현상을 방지하여 절연 불량을 일으키지 않고 전계와 고온 습윤환경에서 사용가능한 세미-애디티브용 연성 구리 박막 적층 필름 및 그 제조방법에 대한 것이다.
최근 기술의 발달, 특히 전자산업 기술 분야에서 반도체 집적회로의 발전에 따라 통상적으로 소형화 및 경량화, 내구성 및 고화질을 요구하여 고 집적도가 구현되는 소재의 개발이 촉진되고 LCD용 드라이버 IC에 사용되는 연성 구리 박막 적층 필름(FCCL)의 경우에도 미세 패턴(Fine Pattern)화, 박막화 및 내구성이 요구되어 지고 있다.
상기 FCCL에 회로 패턴을 형성한 후, 회로 상에 반도체 칩 등의 전기 소자가 실장되어 지는데, 최근에는 회로 패턴의 피치(Pitch)가 35㎛ 이하의 제품이 증가하고, 피치와 선폭의 하향으로 인하여 세미-애디티브(SEMI-ADDITIVE) 방식으로 인한 패턴 형성 기술이 일반화되고 있다. 이와 같은 세미-애디티브 방식에 사용되는 FCCL의 패턴 형성 및 칩 실장 후 포팅 공정(Under Fill)이 실시되나, 타이(Tie) 층과 폴리머 필름과의 접착력 및 에칭 후 포팅 수지와 폴리머 필름과의 접착력이 확보가 되지 않아 박리될 경우 마이그레이션이 발생할 수 있는 공간이 창출됨으로써 고온 습윤 및 전계 환경에서 패턴 사이의 마이그레이션 현상이 발생하는 단점이 있다.
따라서, 이러한 마이그레이션 현상의 발생을 억제하기 위해, 다양한 방안들이 제시되고 있는데, 예를 들어 대한민국 특허공개공보 제2009-0066563호는 칩-온-플렉스(COF)용 2층 무접착제 연성 구리박막 적층필름(FCCL)의 전기 도선 재료인 구리와 기판 재료인 폴리이미드(PI) 사이의 접착력을 향상시키기 위한 것으로, "폴리이미드 기판 위에 접착층, 구리 시드(seed)층 및 구리 박막층을 포함하는 2층 연성 회로기판(FCCL)에 있어서, 상기 접착층이 제1 접착층과 제2 접착층의 2층으로 이루어져 있으며, 이때 상기 제1 접착층이 Ti 성분을 함유하고, 상기 제2 접착층이 Ni 성분을 함유하는 것임을 특징으로 하는, 2층 연성 회로기판"을 개시하고 있다.
그러나, 상기한 방법은 2층 연성회로기판에서 접착제층을 2층으로 하는 것으로 제조공정이 복잡해지며 이에 따라 제조비용이 상승할 뿐 아니라 접착력의 향상에 따른 마이그레이션의 완전한 억제도 보장하기 어렵다는 단점이 여전히 있다.
특허문헌 1: 대한민국 특허공개공보 제2009-0066563호
따라서, 본 발명은 상기한 종래 기술에 있어서의 기술적 문제점을 감안하여 된 것으로, 본 발명의 주요 목적은 에폭시 및 패턴 각각의 우수한 접착력이 확보되도록 중합체 필름에의 RF 플라즈마 처리의 최적 범위를 설정하고 가스 종류 및 특정 범위의 혼합비를 설정함으로써 마이그레이션이 발생할 수 있는 공간을 근절하여 고온 습윤 환경에서 사용 가능한 세미-애디티브용 연성 구리 박막 적층 필름을 제조하는 제조방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적은 특히 우수한 접착력을 제공하여 마이그레이션의 발생을 방지하여 고온 습윤 환경에서 사용 가능한 세미-애디티브용 연성 구리 박막 적층 필름을 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.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 세미-애디티브용 연성 구리 박막 적층 필름의 제조방법은:
고분자인 폴리이미드(Polyimide) 필름을 사용하여 연성 구리 박막 적층 필름을 제조하는 방법에 있어서, 상기 방법은;
(1) 상기 폴리이미드 필름을 진공 상태에서 플라즈마 처리를 하여 표면 화학적 활성, 표면 클리닝(Cleaning), 거칠기 향상을 통하여 폴리이미드 필름과 금속 및 폴리이미드 필름과 포팅 수지와의 접착력을 확보하는 단계;
(2) 상기 플라즈마 처리 후의 폴리이미드 필름 위에 물리기상증착법(PVD)인 스퍼터링(Sputtering) 방식을 이용하여 비전도성 폴리이미드 필름 표면에 전도층 역할을 하는 타이(Tie) 층(Ni-Cr)과 시드(Seed) 층(Cu)을 순차적으로 진공 증착하는 단계; 및
(3) 상기 전도층이 증착된 폴리이미드 필름에 첨가제 및 보정제의 농도를 일정량으로 유지하여 전착시키는 단계를 포함하며,
상기 (1) 단계의 플라즈마 처리는 RF 플라즈마를 사용하여 표면을 개질하며, 투입 가스로 Ar 및 O2 가스를 사용하며 이때 Ar의 비율이 25 내지 75%으로 하여 사용함을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 구성에 따르면, 상기 폴리이미드 필름은 두께가 24 내지 39㎛이며, 타이 층의 조성비는 Ni의 함량이 80 내지 95%이며, 그 두께는 200Å 내지 450Å으로 하여 제조함을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 구성에 따르면, 상기 RF 플라즈마를 인가하기 위한 전원(Power)은 1.0kw 내지 2.0kw로 함을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 구성에 따르면, 상기 (2)단계에서 스퍼터링 법으로 증착되는 타이 층인 Cu층은 그 두께를 1200Å 내지 3000Å으로 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 구성에 따르면, 상기 (3)단계에서 전류밀도를 최소 0.1A/m²에서 최대 5.1A/m² 사이의 전류밀도를 사용하여 전해 도금을 두께 0.15 내지 4.9㎛로 수행함을 특징으로 한다.
상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 세미-애디티브용 연성 구리 박막 적층 필름은:
폴리이미드 필름을 진공 상태에서 플라즈마 처리를 하여 표면 화학적 활성, 표면 클리닝(Cleaning), 거칠기 향상을 통하여 폴리이미드 필름과 금속 및 폴리이미드 필름과 포팅 수지와의 접착력을 확보하는 단계; 상기 플라즈마 처리 후의 폴리이미드 필름 위에 물리기상증착법(PVD)인 스퍼터링(Sputtering) 방식을 이용하여 비전도성 폴리이미드 필름 표면에 전도층 역할을 하는 타이(Tie) 층(Ni-Cr)과 시드(Seed) 층(Cu)을 순차적으로 진공 증착하는 단계; 및 상기 전도층이 증착된 폴리이미드 필름에 첨가제 및 보정제의 농도를 일정량으로 유지하여 전착시키는 단계에 의해 제조되며, 플라즈마 처리는 RF 플라즈마를 사용하여 표면을 개질하며, 투입 가스로 Ar 및 O2 가스를 사용하며 이때 Ar의 비율이 25 내지 75%으로 하여 사용하여 제조된 것임을 특징으로 한다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 세미-애디티브용 연성 구리 박막 적층 필름 및 그 제조방법은 특정한 조건으로 폴리머 필름을 플라즈마 처리함에 의해 세미-애디티브 방식에 사용되는 FCCL의 패턴 형성 및 칩 실장 후 포팅 공정이 완료된 후 타이 층과 필름과의 접착력 및 에칭 후 포팅 수지와 필름과의 접착력이 우수하게 확보되어 마이그레이션이 발생할 수 있는 공간을 근절하여 고온 습윤 및 전계 환경에서도 패턴 사이의 마이그레이션 현상이 발생하지 않게 하여 종래의 문제점을 완전하게 해결하였다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따라 제조된 연성 구리 박막 적층 필름의 포팅 수지 및 패턴의 필름으로부터의 박리를 알아보기 위한 이미지 사진(SEM)이고,
도 2는 폴리이미드 처리시 가하여진 전력과 필름의 표면 거칠기의 관계를 나타낸 그래프이고,
도 3은 폴리이미드 처리시 가하여진 전력과 가스의 종류에 따른 필름 표면의 표면에너지 분석을 나타낸 그래프이고,
도 4는 폴리이미드 처리시 가하여진 가스의 종류에 따른 필름의 탄소와 산소의 결합의 종류별 구성분포를 나타낸 그래프 및 표이고,
도 5는 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 연성 구리 박막 적층 필름의 이미지 사진이고,
도 6은 비교예에 따라 제조된 연성 구리 박막 적층 필름의 이미지 사진으로, 도 6a는 비교예 1에 따른 이미지 사진이고, 도 6b는 비교예 2에 따른 이미지 사진이고, 도 6c는 비교예 3에 따른 이미지 사진이다.
이하, 본 발명을 첨부도면을 참고로 바람직한 실시형태에 의해 보다 자세하게 설명한다.
본 발명의 세미-애디티브용 연성 구리 박막 적층 필름의 제조방법은 폴리이미드 필름(Polyimide)을 진공 상태에서 플라즈마 처리를 하여 표면 화학적 활성, 표면 클리닝(Cleaning), 거칠기 향상을 통하여 폴리이미드 필름과 금속 및 폴리이미드 필름과 포팅 수지와의 접착력을 확보하는 단계, 상기 플라즈마 처리 후의 폴리이미드 필름 위에 물리기상증착법(PVD)인 스퍼터링(Sputtering) 방식을 이용하여 비전도성 폴리이미드 필름 표면에 전도층 역할을 하는 타이(Tie) 층(Ni-Cr)과 시드(Seed) 층(Cu)을 순차적으로 진공 증착하는 단계, 그리고 상기 전도층이 증착된 폴리이미드 필름에 첨가제 및 보정제의 농도를 일정량으로 유지하여 전착시키는 단계에 의해 제조된다. 본 발명에 따르면, 상기 플라즈마 처리는 RF 플라즈마를 사용하여 표면을 개질하며, 이때 투입되는 가스로는 Ar 및 O2 가스를 사용하며, Ar 대 O2 가스의 비율은 25 내지 75% 대 75 내지 25%로 하여 사용하는 것이 바람직하다.
상기와 같이 연성회로 기판용 연성 동박 적층 필름의 제조에 있어서, 폴리이미드 필름을 산소나 질소 등의 특정한 활성 기체를 이용하여 고분자인 폴리이미드 필름과 금속(Metal) 간의 접착력을 향상시키기 위한 방안으로 플라즈마 처리를 실시하면 그 효과는 표면의 거칠기를 증가시키고 표면의 화학적 결합을 끊어 금속과 잘 결합할 수 있는 활성화된 표면 상태로 만들어주는 단계를 구성한다.
그런데, 본 발명에서는 폴리이미드 필름의 플라즈마 처리 전력 조건이 0.5~0.9kw의 경우 패턴 접착력이 0.75kg/cm이고, 1.0~2.0kw의 경우 0.79 kg/cm이고, 2.1~2.5kw의 경우 0.82kg/cm으로써 비례관계에 있는 것을 확인하였다. 이는 도 2에 도시된 바와 같이 폴리이미드 필름의 표면 거칠기와 화학적 활성화에 따른 것으로, 표면 거칠기는 표면 처리 강도에 비례하여 증가하는 것을 확인할 수 있으며 표면 거칠기가 높을수록 좋으나, 전력 2.1kw 이상의 경우에는 폴리이미드 필름 표면의 탄화 현상으로 인해 역으로 박리가 진행되어 사용이 불가능하므로 바람직하지 않다.
또한, 본 발명에서는 표면 처리기체로 아르곤과 산소가 일정한 비율로 혼합된 것을 사용하는데, 이와 같이 불활성 기체인 Ar 가스를 혼합하여 사용하는 이유는 질량이 활성 기체인 질소, 산소에 비하여 높아 표면 거칠기 향상에 효과적인 것을 밝혀냈기 때문이다. 도 3은 폴리이미드 처리시 가하여진 전력과 가스의 종류에 따른 필름 표면의 표면에너지 분석을 나타낸 그래프로, 도 4에서 나타난 바와 같이 표면 에너지 분석을 통해 가장 우수한 가스는 Ar+O2이었다.
도 4는 폴리이미드 처리시 가하여진 가스의 종류에 따른 필름의 탄소와 산소의 결합의 종류별 구성분포를 나타낸 그래프 및 표로, 필름에 플라즈마 처리 후 필름의 C=O 결합이 깨지면서 상대적으로 C-O 결합(Dangling O Bond)이 증가하며, 따라서, 이러한 C-O 결합은 에폭시 수지 및 금속에의 접착력을 높일 수 있게 하는데, 이러한 결합은 본 발명에 따라 일정한 비율로 된 Ar+O2 가스를 사용한 플라즈마 처리에서 가장 많은 양이 검출되었다.
본 발명의 다른 바람직한 실시형태에 따르면, 본 발명에 따른 타이 층의 Ni-Cr 중 Ni의 조성비는 80 내지 95%로 하는 것이 바람직하며, 두께는 200Å 내지 450Å두께로 형성하는 것이 바람직하다. 또한 그 위에 전도층인 Cu 층은 두께를 1200Å 내지 3000Å으로 형성하며, 상기 전도층이 증착된 폴리머 필름 위에 첨가제 및 보정제가 함유되어 있는 도금액을 이용하여 전해 도금을 형성하는데, 이때 전류밀도를 최소 0.1A/m²에서 최대 5.1A/m² 사이의 전류밀도를 사용하여 전해 도금을 두께 0.15 내지 4.9㎛로 수행하는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명을 실시예 및 비교예에 의해 더욱 상세히 설명하지만, 본 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위해 예시적으로 제시한 것일 뿐, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가지는 자에 있어서 자명할 것이다.
실시예
폴리이미드(Polyimide) 필름과 금속 간의 접착력 및 표면 클리닝, 거칠기 향상을 위하여, 다음의 조건으로 진공상태에서의 플라즈마 처리를 실시하였다. 즉, 플라즈마 처리 전력은 1.5kw로 하고, 투입 가스는 Ar 및 O2의 혼합가스로 그 구성비율은 50:50으로 하여 사용하였다.
이와 같이 플라즈마 처리한 폴리이미드 필름 위에 물리기상증착법(PVD)인 스퍼터링(Sputtering) 방식을 이용하여 비전도성 폴리이미드 필름 표면에 전도층 역할을 하는 타이(Tie) 층(Ni-Cr)과 시드(Seed) 층(Cu)을 순차적으로 진공 증착하고, 상기 전도층이 증착된 폴리이미드 필름에 첨가제 및 보정제의 농도를 일정량으로 유지하여 전착시켜 세미-애디티브용 연성 구리 박막 적층 필름을 제조하였다.
비교예 1
플라즈마 처리 전력은 0.7kw로 하고, 투입 가스는 N2로 하여 사용하는 외에는 실시예와 동일하게 하여 세미-애디티브용 연성 구리 박막 적층 필름을 제조하였다.
비교예 2
플라즈마 처리 전력은 2.3kw로 하고, 투입 가스는 N2로 하여 사용하는 외에는 실시예와 동일하게 하여 세미-애디티브용 연성 구리 박막 적층 필름을 제조하였다.
비교예 3
투입 가스는 Ar 및 N2의 혼합가스로 그 구성비율은 50:50으로 하여 사용하는 외에는 실시예와 동일하게 하여 세미-애디티브용 연성 구리 박막 적층 필름을 제조하였다.
실험예
상기 각 실시예 및 비교예에 따라 제조된 세미-애디티브용 연성 구리 박막 적층 필름에 대하여 평가하여 그 결과를 다음 표 1에 나타냈다. 이때 구리 마이그레이션 평가를 위한 PCT 조건으로는 온도 121℃, 습도 100%, 압력 2기압, 평가 시간 96hr이며 PCT 이후 전계(Stress Voltage) 60V를 걸어 마이그레이션 여부를 확인하였다.
항목 평가 결과
실시예 특성 : Pass (0/76)
외관 : O.K (0/76)
Cu 마이그레이션: 미발생
비교예 1 특성 : Pass(0 / 76)
외관 : N.G (57 / 76)
Cu 마이그레이션: 발생
비교예 2 특성 : N.G(76 / 76)
외관 : N.G(76 / 76)
Cu 마이그레이션: 발생
+ 표면 탄화 형상
비교예 3 특성 : Pass (0 / 76)
외관 : N.G (7/10)
Cu 마이그레이션: 발생

Claims (6)

  1. 고분자인 폴리이미드(Polyimide) 필름을 사용하여 연성 구리 박막 적층 필름을 제조하는 방법에 있어서, 상기 방법은;
    (1) 상기 폴리이미드 필름을 진공 상태에서 플라즈마 처리를 하여 표면 화학적 활성, 표면 클리닝(Cleaning), 거칠기 향상을 통하여 폴리이미드 필름과 금속 및 폴리이미드 필름과 포팅 수지와의 접착력을 확보하는 단계;
    (2) 상기 플라즈마 처리 후의 폴리이미드 필름 위에 물리기상증착법(PVD)인 스퍼터링(Sputtering) 방식을 이용하여 비전도성 폴리이미드 필름 표면에 전도층 역할을 하는 타이(Tie) 층(Ni-Cr)과 시드(Seed) 층(Cu)을 순차적으로 진공 증착하는 단계; 및
    (3) 상기 전도층이 증착된 폴리이미드 필름에 첨가제 및 보정제의 농도를 일정량으로 유지하여 전착시키는 단계를 포함하며,
    상기 (1) 단계의 플라즈마 처리는 RF 플라즈마를 사용하여 표면을 개질하며, 투입 가스로 Ar 및 O2 가스를 사용하며 이때 Ar의 비율이 25 내지 75%으로 하여 사용함을 특징으로 하는 세미-애디티브용 연성 구리 박막 적층 필름의 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 폴리이미드 필름은 두께가 24 내지 39㎛이며, 타이 층은 그의 조성비는 Ni의 함량이 80 내지 95%이며, 그 두께는 200Å 내지 450Å으로 하여 제조함을 특징으로 하는 세미-애디티브용 연성 구리 박막 적층 필름의 제조방법.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 RF 플라즈마를 인가하기 위한 전원(Power)은 1.0kw 내지 2.0kw로 함을 특징으로 하는 세미-애디티브용 연성 구리 박막 적층 필름의 제조방법.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 (2)단계에서 스퍼터링 법으로 증착되는 타이 층인 Cu층은 그 두께를 1200Å 내지 3000Å으로 하는 것을 특징으로 하는 세미-애디티브용 연성 구리 박막 적층 필름의 제조방법.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 (3)단계에서 전류밀도를 최소 0.1A/m²에서 최대 5.1A/m² 사이의 전류밀도를 사용하여 전해 도금을 두께 0.15 내지 4.9㎛로 수행함을 특징으로 하는 세미-애디티브용 연성 구리 박막 적층 필름의 제조방법.
  6. 청구항 1 내지 5 중의 어느 한 항에 따라 제조된 것임을 특징으로 하는 세미-애디티브용 연성 구리 박막 적층 필름.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20160098594A (ko) * 2015-02-09 2016-08-19 도레이첨단소재 주식회사 양면 금속적층 필름의 제조방법 및 그로부터 제조되는 양면 금속적층 필름
KR20200003617A (ko) 2018-07-02 2020-01-10 도레이첨단소재 주식회사 연성동박적층필름 및 이의 제조방법
JP2020163408A (ja) * 2019-03-28 2020-10-08 Ｊｘ金属株式会社 金属製品及びその製造方法

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