KR20130001981A - 절연층 조성물, 이로부터 제조된 절연층을 포함하는 다층 인쇄 배선판, 및 이의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 에폭시 수지 100중량부에 대하여 2종의 무기 필러를 10~60중량부로 포함하는 다층 배선판의 절연층 조성물, 이로부터 제조된 절연층을 포함하는 다층 인쇄 배선판, 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명은 다층 배선판의 절연층 제조시 SiO₂, CaCO₃ 2종의 무기 필러를 혼합 사용함으로써, 상기 절연층의 에칭 단계에서 산화제로서 3NH₄HF₂를 포함하는 불소계 용액을 사용하지 않으면서도 도금층과의 높은 밀착력을 구현할 수 있으며, 나아가 환경 유해 물질 배출 억제 효과를 유도할 수 있다.

Description

절연층 조성물, 이로부터 제조된 절연층을 포함하는 다층 인쇄 배선판, 및 이의 제조방법{Dielectirc composition, multilayered printed circuit board comprising dielectric layer manufactured thereof, and method for preparing the multilayered printed circuit board}

본 발명은 다층 인쇄 배선판의 절연층 형성을 위한 조성물, 이로부터 제조된 절연층을 포함하는 다층 배선판, 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

디지털 전자제품의 소형화, 다기능화에 발맞춰 첨단 부품들의 기능 또한 한층 업그레이드 되고 있다. 특히, 다층 인쇄 배선판(multi layered PCB)의 경우 높은 사양에 대응하기 위한 박막화, 고집적화, 미세회로 구현 개발을 위해 빌드-업(build-up) 절연 필름(절연층)을 사용한다.

다층 인쇄 배선판은 전도성을 가지도록 인쇄된 복수의 배선 패턴을 가지며 이웃하여 인쇄된 배선 패턴 사이는 각각 개재된 절연층에 의해 전기적으로 절연된다.

상기 절연층에는 무기 필러(inorganic filler)가 포함되어 있으며, 상기 무기 필러는 절연층의 열적 특성을 증가시켜 줄 뿐만 아니라, 표면에 노출된 필러의 제거를 통해 도금층과의 밀착력을 향상시키는 역할을 한다.

도금층과의 밀착력 향상은 상기 절연층 표면에 노출된 무기 필러를 에칭시켜 제거시키게 되면, 무기 필러가 위치하던 공간의 절연층 표면에 조도가 형성됨으로써 달성될 수 있다.

다음 도 1과 2는 각각 3NH₄HF₂ 용액의 사용 유/무에 따른 다층 인쇄 배선판의 조도 형성 과정을 모식화한 것이다. 도 1은 3NH₄HF₂ 용액을 사용하는 경우로서, 첫 번째 단계는 먼저 구리 층(10) 위에 SiO₂ 무기 필러(11)를 포함하는 절연층(20)을 형성시킨다. 이 경우, 상기 절연층(20)에 포함된 무기 필러(11)들이 상기 절연층(20)의 표면에 노출된다. 따라서, 상기 노출된 무기 필러(11)들을 3NH₄HF₂ 용액을 사용하여 에칭시킨다. 이때, 절연층(20) 표면에 노출된 무기 필러(11)가 에칭됨으로써 절연층 표면에 조도(A)가 형성된다. 이는 도금시 앵커링(anchoring) 효과(B)로 인해 높은 박리 강도(peel strength)를 갖게 된다.

반면에 3NH₄HF₂ 용액을 사용하지 않고 황산(H₂SO₄) 용액만을 사용하여 절연층(20) 표면에 노출된 SiO₂ 무기 필러(11)를 에칭시키는 도 2의 경우, SiO₂ 무기 필러(11)가 에칭되지 않아 절연층(20) 표면에 조도를 형성하지 못하는 것을 알 수 있다. 따라서, 도금층(30)과 낮은 박리 강도(peel strength)를 갖게 되고, 이는 곧 다층 인쇄 배선판의 신뢰성에 영향을 미치게 된다.

상기와 같이 절연층 표면에 노출된 무기 필러를 제거하고 표면에 조도를 형성하기 위한 에칭 단계에서는, 3NH₄HF₂를 포함하는 불산계 용액을 사용하고, 여기에 황산(H₂SO₄)을 첨가한다.

상기 불산 용액과 SiO₂ 무기 필러의 에칭 반응식은 다음과 같다.

(반응식 1)

SiO₂ + 3NH₄HF₂ →　[NH₄]2SiF₆ + NH₄OH + H₂O

그러나, 상기 3NH₄HF₂ 용액은 고가이면서, 사용 후 발생된 폐액은 환경 유해물질로서 처리하는데 상당한 어려움이 있다.

따라서 본 발명은 종래 불산 용액을 사용함에 따른 여러 가지 환경 오염이나 도금층과의 밀착력 문제를 해결하기 위한 것으로서, 종래 환경에 유해한 에칭액을 사용하지 않고도 도금층과의 밀착력을 높일 수 있는 다층 인쇄 배선판의 절연층 조성물을 제공하는 데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 상기 절연층 조성물로부터 형성된 절연층을 포함하는 다층 인쇄 배선판을 제공하는 데도 다른 목적이 있다.

본 발명은 또한, 추가적으로 상기 다층 인쇄 배선판의 제조방법을 제공하는 데도 다른 목적이 있다.

본 발명의 과제를 해결하기 위한 일 실시예에 따른 다층 배선판의 절연층 조성물은 에폭시 수지 100중량부에 대하여 2종의 무기 필러를 10~60중량부로 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 2종의 무기 필러는 SiO₂와 CaCO₃인 것이 바람직하다.

상기 2종의 무기 필러 중 1종의 무기 필러는 전체 무기 필러 중 20중량%를 넘지 않도록 포함되는 것이 바람직하다.

상기 무기 필러는 D50이 2㎛ 이하인 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 다른 과제를 해결하기 위하여 바람직한 일 실시예에 따른 다층 배선판은 에폭시 수지 100중량부에 대하여 2종의 무기 필러를 10~60중량부로 포함하는 다층 배선판의 절연층 조성물로부터 제조된 절연층을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 또한, 인쇄회로기판에 절연층을 형성시키는 단계, 및 상기 절연층을 에칭시키는 단계를 포함하는 다층 배선판의 제조방법을 제공한다.

상기 절연층은 에폭시 수지 100중량부에 대하여 2종의 무기 필러를 10~60중량부로 포함하는 조성물로부터 형성되는 것이 바람직하다.

상기 절연층 에칭 단계는 별도의 산화제 사용 없이 수행될 수 있다.

상기 산화제는 3NH₄HF₂ 를 포함하는 불소계 용액일 수 있다.

상기 절연층 에칭 단계시, 상기 절연층 내의 무기 필러 중 표면에 노출된 무기 필러가 에칭되는 것일 수 있다.

상기 무기 필러는 CaCO₃일 수 있다.

상기 절연층을 에칭시키는 에칭 용액은 황산(H₂SO₄)이 바람직하다.

상기 절연층 에칭 단계시, 표면에 노출된 무기 필러와 황산(H₂SO₄)이 반응하여 조도를 형성시킬 수 있다.

본 발명은 다층 배선판의 절연층 제조시 SiO₂, CaCO₃ 2종의 무기 필러를 혼합 사용함으로써, 상기 절연층의 에칭 단계에서 산화제로서 3NH₄HF₂를 포함하는 불소계 용액을 사용하지 않으면서도 도금층과의 높은 밀착력을 구현할 수 있으며, 나아가 환경 유해 물질 배출 억제 효과를 유도할 수 있다.

도 1은 종래 3NH₄HF₂ 용액을 사용한 다층 배선판의 조도 형성 과정이고,
도 2는 종래 3NH₄HF₂ 용액 사용 없이 다층 배선판의 조도 형성 과정이고,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 3NH₄HF₂ 용액 사용 없이 다층 배선판의 조도 형성 과정을 나타낸 것이다.

이하에서 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.

본 발명은 다층 배선판의 절연층 형성을 위한 조성물, 이로부터 제조된 절연층을 포함하는 다층 배선판, 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

본 발명의 절연층 조성물은 에폭시 수지 100중량부에 대하여 2종의 무기 필러를 10~60중량부로 포함한다.

상기 에폭시 수지는 폴리페놀 화합물의 글리시딜 에테르화물로 된 다관능성 에폭시 수지, 각종 노볼락 수지의 글리시딜 에테르화물로 된 다관능성 에폭시 수지, 지환식 에폭시 수지, 복소환식 에폭시 수지, 글리시딜 에스테르계 에폭시 수지, 글리시딜 아민계 에폭시 수지, 할로겐화 페놀류를 글리시딜화한 에폭시 수지 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명에서는 특별히 무기 필러로서 반드시 SiO₂와 CaCO₃ 2종을 혼합 사용해야 한다. 상기 무기 필러는 상기 에폭시 수지 100중량부에 대하여 10~60중량부, 바람직하기로는 30~40중량부로 포함된다.

상기 2종의 무기 필러의 함량이 10중량부 미만인 경우 열팽창계수가 현저히 저하되어 열적 특성이 떨어지는 문제가 있고, 또한, 60중량부를 초과하는 경우 열적 특성은 향상되나 유전 특성이 떨어지는 문제가 있어 바람직하지 못하다. 또한, 상기 함량 범위에서 에칭 단계에서 절연층 표면에 적절한 조도를 형성할 수 있다.

본 발명에 따르면, 상기 2종의 무기 필러 중 1종의 무기 필러는 전체 무기 필러 중 20중량%를 넘지 않도록 포함되는 것이 열팽창계수의 상승되지 않는 범위로 사용될 수 있어 바람직하다.

또한, 본 발명에서 사용되는 무기 필러는 D50이 2㎛ 이하인 것이 바람직하며, 2㎛를 초과하게 되면 후공정에서 절연재 표면의 조도가 높아져 회로 형성시 미세한 피치 형성이 어려워 바람직하지 못하다.

또한, 본 발명에 따른 절연층 조성물에는 상기 에폭시 수지의 경화를 위해 다양한 형태의 경화제를 사용할 수 있는데, 예를 들어, 산무수물계, 아민계, 이미다졸계, 히드라진계, 루이스산, 이소시아네이트계 등이 있으나, 이들 경화제에 특별히 한정되지 않는다.

이외에도, 본 발명의 절연층 형성에 영향을 미치지 않는 범위 내에서 다양한 첨가제를 소량 포함할 수 있음은 당업자에게 자명하다.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 상기 절연층 조성물을 준비하고 액체 상태로 적당히 분산되도록 혼합하며, 혼합물을 구리 기판의 윗면과 아랫면 양측에 코팅하며, 그 후에 코팅층을 경화시켜 최종 절연층을 포함하는 다층 인쇄 배선판을 제공한다. 본 발명에 따른 절연층의 두께는 약 10~50㎛로 형성하는 것이 바람직하다.

상기 절연층 조성물을 인쇄회로기판에 도포시키고, 120~210℃에서 20~60분간 경화시키는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 다층 인쇄 배선판의 제조방법을 첨부된 다음 도 3을 참조하여 상세히 설명한다. 먼저, 인쇄 배선판(110, 인쇄회로기판)에 절연층(120)을 형성시킨다. 상기 절연층(120)은 에폭시 수지 100중량부에 대하여 2종의 무기 필러인 SiO₂와 CaCO₃를 10~60중량부로 포함하는 조성물로부터 형성되는 것이 바람직하다. 상기 절연층의 두께는 약 10~50㎛로 형성하는 것이 바람직하다.

도 3에서와 같이, 절연층(120)에 포함된 2종의 무기 필러인 SiO₂(111)와 CaCO₃(112)는 상기 절연층(120) 내에서 고루 분산되어 있다. 또한, 상기 2종의 무기 필러들은 절연층(120) 표면에 노출되어 형성될 수도 있다.

그래서, 두 번째 단계는 상기 절연층을 에칭시키는 과정을 거친다. 이는 상기 절연층(120) 표면에 노출된 무기 필러를 에칭시켜 절연층(120) 표면에 적절한 조도를 가지도록 하기 위함이다.

본 발명에서는 상기 절연층 에칭 단계시에 종래와 같이 환경적으로 문제되는 불산 계열의 별도의 산화제 사용 없이 수행될 수 있다. 즉, 상기 산화제로서 3NH₄HF₂ 를 포함하는 불소계 용액을 배제하고, 황산만을 이용하여 에칭시킨다.

상기 황산 용액을 사용하게 되면, 절연층에 포함된 무기 필러 중 SiO₂는 그대로 남아 있고, CaCO₃ 만이 황산과 반응하여 에칭되고, 그 자리에 적절한 조도(A)를 형성하게 된다.

상기 CaCO₃ 무기 필러와 황산(H₂SO₄) 용액 간의 에칭 반응식은 다음과 같다.

(반응식 2)

CaCO₃ + H₂SO₄ → CaSO₄ + H₂ + CO₂

상기 반응을 통하여, 절연층(120) 표면에서 CaCO₃ 무기 필러가 있던 자리에 적절한 조도가 형성된다. 그 다음, 상기 절연층(120) 상에 도금층(130)을 형성시키면 도금시 앵커링(anchoring) 효과(B)로 인해 높은 박리 강도(peel strength)를 갖게 된다.

따라서, 본 발명은 다층 인쇄 배선판 제조시 SiO₂ 필러 이외에 CaCO₃ 필러를 혼합하여 3NH₄HF₂ 용액을 사용하지 않음으로써 형성되지 못했던 조도를 CaCO₃ 필러가 황산(H₂SO₄) 용액에 에칭되어 도금층과의 anchoring 효과를 유도하게 된다. 이는 종래에 사용되는 디스미어(Desmear) 공정을 동일하게 사용하면서 진행하게 된다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지는 않는다 할 것이다.

실시예 1

에폭시 수지(Bisphenol A type epoxy & Novolac type epoxy) 100 중량부에, 경화제, 무기 필러로서 SiO₂ 30중량부, 및 CaCO₃ 8중량부, 및 기타 첨가제로서 경화촉진제(accelerator), 레벨링제(leveling agent) 등을 첨가하여 절연층 형성을 위한 조성물을 제조하였다.

상기 절연층 조성물을 인쇄회로기판에 도포시키고, 120~210℃에서 20~ 60분간 경화시켜 10~50㎛의 두께의 절연층을 형성시켰다.

상기 절연층 표면에 노출된 무기 필러를 황산 용액을 첨가하여 에칭시켰다. 그 다음, 도금층을 형성시키고, 이를 박리시켰다.

다음 도 3에서와 같이, 절연층 표면에 노출되었던 무기 필러인 CaCO₃가 적절히 에칭되어, 최종 제조된 인쇄회로기판에서 anchor를 형성하였고, 박리 강도가 높은 것으로 확인되었다.

10, 110 : 구리 기판
20, 120 : 절연층
11, 111 : SiO₂
112 : CaCO₃
130 : 도금층

Claims (13)

1. 에폭시 수지 100중량부에 대하여 2종의 무기 필러를 10~60중량부로 포함하는 다층 배선판의 절연층 조성물.
   
2. 제1항에 있어서, 상기 2종의 무기 필러는 SiO₂와 CaCO₃인 다층 배선판의 절연층 조성물.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 2종의 무기 필러 중 1종의 무기 필러는 전체 무기 필러 중 20중량%를 넘지 않도록 포함되는 것인 다층 배선판의 절연층 조성물.
   
4. 제2항에 있어서,
   상기 무기 필러는 D50이 2㎛ 이하인 다층 배선판의 절연층 조성물.
   
5. 에폭시 수지 100중량부에 대하여 2종의 무기 필러를 10~60중량부로 포함하는 다층 배선판의 절연층 조성물로부터 제조된 절연층을 포함하는 다층 배선판.
   
6. 인쇄회로기판에 절연층을 형성시키는 단계,
   상기 절연층을 에칭시키는 단계를 포함하는 다층 배선판의 제조방법.
   
7. 제 6항에 있어서,
   상기 절연층은 에폭시 수지 100중량부에 대하여 2종의 무기 필러를 10~60중량부로 포함하는 조성으로부터 형성된 것인 다층 배선판의 제조방법.
   
8. 제 6항에 있어서, 상기 절연층 에칭 단계는 별도의 산화제 사용 없이 수행되는 것인 다층 배선판의 제조방법.
   
9. 제 8항에 있어서,
   상기 산화제는 3NH₄HF₂ 를 포함하는 불소계 용액인 다층 배선판의 제조방법.
   
10. 제 6항에 있어서, 상기 절연층 에칭 단계시, 상기 절연층 내의 무기 필러 중 표면에 노출된 무기 필러가 에칭되는 것인 다층 배선판의 제조방법.
    
11. 제 10항에 있어서,
    상기 무기 필러가 CaCO₃인 다층 배선판의 제조방법.
    
12. 제 6항에 있어서,
    상기 절연층을 에칭시키는 에칭 용액은 황산(H₂SO₄)인 다층 배선판의 제조방법.
    
13. 제 12항에 있어서,
    상기 절연층 에칭 단계시, 표면에 노출된 무기 필러와 황산(H₂SO₄)이 반응하여 조도를 형성하는 것인 다층 배선판의 제조방법.
    

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